Проявления губительного воздействия сернистого газа на растения

Обновлено: 05.10.2024

Что могут зеленые насаждения в условиях сильных загрязнений воздуха.

Растения – поглотители пыли.

Зеленые насаждения служат прекрасными естественными фильтрами с высокими пылеосаждающими способностями, объясняемыми строением кроны и листвы растений: запыленный воздух, проходя через естественный лабиринт, фильтруется и осаждается. Значительная часть пыли задерживается на листве и ветках, а дождем или при поливе смывается.

Для промышленных площадок и территорий санитарно-защитных зон некоторых предприятий характерна не только повышенная загазованность, но и значительное загрязнение атмосферы промышленной пылью. Зеленые насаждения задерживают на своей листве от 21 до 86 % пыли. Установлено, что буковые насаждения площадью один гектар могут задержать за сезон от 30 до 60 тонн пыли, пихтовые – 32, липовые – 42. Очень хорошо улавливают пыль и газоны, в связи с тем, что на одном квадратном метре трава высотой 10 см имеет листовую поверхность 20 м2. В результате трава задерживает пыли в десять раз больше, чем дерево. Поэтому небольшие участки зеленых насаждений в городе, состоящие из газонов, кустарников и деревьев, занимающие даже незначительную площадь, в летнее время на своей территории снижают запыленность воздуха на 30 – 40 %, а в глубине лесного массива запыленность воздуха снижается почти в 3,5 раза.

Решая вопросы снижения запыленности воздуха на площадях и улицах города с интенсивным движением автотранспорта, необходимо учитывать различную степень пылеулавливающих свойств различных растений. Например, посадки из 400 молодых тополей задерживают за лето около 400 кг пыли. Пылезащитные свойства хвойных пород сохраняются круглый год, и они осаждают пыль из расчета на единицу массы листвы в 1.5 раза больше, чем лиственные. Шершавые листья вяза задерживают почти в шесть раз больше пыли, чем гладкие листья тополя бальзамического. Клейкие листья и смолистая хвоя в начале весенне-летнего сезона обладают более высокими пылеулавливающими свойствами, чем в середине лета, или, тем более, к осени. Листья вяза удерживают 3.39 г пыли на 1 м2 поверхности, сирени венгерской – 1.61, липы мелколистной – 1.32, клена остролистного – 1.05, тополя бальзамического – 0.55. По данным Н. В. Бобохидзе, один экземпляр взрослого дерева приведенных ниже пород за вегетационный период выводит из воздуха пыли (в кг): вяз перистоветвистый – 28, ива белая и плакучая – 38, клен остролистный – 28, клен ясенелистный – 33, тополь канадский – 34, шелковица белая -31, ясень обыкновенный – 27, каштан конский – 16.

Зная пылезащитные свойства растений, можно соответствующим подбором и размещением их добиваться наибольшего пылезащитного эффекта. Наблюдения в запыленных зонах показали, что действие пыли на растения может носить неспецифический характер, обусловленный механическим воздействием на ткани листовой пластины. Помимо этого, в зависимости от химического состава, пыль может оказать и специфическое воздействие, обусловленное проникновением вредных соединений внутрь тканей листа. При этом накопление инородных соединений в растительных тканях вызывает нарушение обмена веществ, вплоть до угнетения роста и развития, раннему листопаду. Рекомендуется полив и водное орошение, что способствует оздоровлению растений и хорошей вегетации.

Зеленый барьер.

Древесные насаждения, собранные в группы и расположенные полосами, успешно защищают нас от ветра, смягчают губительное влияние засух и суховеев, являясь для воздушных масс механической преградой. Это свойство зеленых насаждений зависит от сомкнутости крон и типа леса. Скорость ветра в лесу почти никогда не превышает 1 м/сек, а внутри городских насаждений она уменьшается почти в три раза по сравнению с открытыми пространствами площади. На подветренной стороне лесной полосы шириной 40 – 60 м затишье распространяется на расстояние, равное десятикратной высоте полосы деревьев. Однако первоначальная скорость ветра восстанавливается на расстоянии, превышающем высоту в 30 -100 раз. По данным Е. С. Лахно, в пригородных лесах Киева днем в летне-осенний период скорость ветра составляет 0.8 – 1.1 м/сек, а в городе, в среднем, 2.1 – 3.3 м/сек. Скорость ветра в лесу в относительных величинах равна 40 % от скорости его в городе и только 25,8 % от скорости на открытом пространстве. Кроме того, лесонасаждения защищают почвы от ветровой и водной эрозии, служат мощными регуляторами водного баланса. Большая роль принадлежит лесу и в борьбе с радиоактивным загрязнением местности. Установлено, что радиоактивность площадей, защищенных от ветра лесом. В 32 раза меньше тех, которые находятся с наветренной стороны.

Спасая нас, они болеют.

На деревьях в зонах высокой загазованности много не­доразвитых деформированных листьев, уже в начале лета проявляется омертвление их тканей, начинающееся с краев, а затем распространяющееся к середине. Листья темнеют, засыхают и опадают, чем сокращается продолжительность жизни растений. Однако в одних и тех же условиях зага­зованности различные виды деревьев повреждаются неоди­наково.

В России первые исследования на газоустойчи­вость растений проведены в конце девятнадцатого века Д. Н. Нелюбовым. Однако исследования устойчивости растений к ток­сическим соединениям в то время не получили должного развития. Только в 50-60-ые годы, во время индустриализации страны, был обстоятельно поставлен вопрос об активной борьбе с промышленным дымом и о широком использова­нии для этого растений. В качестве первоочередной и не­отложной поставлена задача создания культурных ланд­шафтов, в которых было бы устранено, нейтрализовано или ослаблено пагубное воздействие промышленности на окру­жающую среду и созданы условия для тру­да и отдыха горожан.

Учеными установлено, что растения взаимодействуют с такими компонентами атмосферных примесей, как окислы серы, соединения фтора, хлора, углеводов, азота, свинца. Скорость выведения из атмосферы газообразных примесей зависит главным образом от их растворимости в воде и вза­имодействия с сухой поверхностью. Растения почти не ус­ваивают фтористый водород, часто встречающийся в выбросах промышленных предприятий. Фториды не участвуют в обмене веществ большинства растений: причина их высокой токсичности – способность накапливаться в хлоропластах. Опасно и контактное воздействие газообразных соединений фтора на наземные части растений. Не взаимодействуют растения с летучими соединениями свинца, поэтому даже его незначительное количество вызывает их повреждение. Свинец резко снижает транспирацию и фотосинтез расте­ний. Окись углерода малотоксична для растений, но счи­тается, что зеленые насаждения не способны очищать от нее атмосферу. Сернистый ангидрид в воздухе постепенно окис­ляется до серного и растворяется в воде, образуя мельчай­шие капельки серной кислоты, повреждающей листья. Сер­нистый ангидрид, являясь одним из наиболее токсичных для растений, проникает в листья. Симптомы поражения растений сводятся к появлению специфических пятен на участках между жилками и краях листа. Потом эти участ­ки приобретают желтый и красно-оранжевый цвет и отми­рают. Более чувствительны к сернистому газу молодые несформировавшиеся листья. При длительном воздействии сернистого газа подавляется рост растений, в некоторых случаях отмирают верхушки побегов. Токсичность сернис­того газа значительно увеличивается в присутствии других загрязнителей — окислов азота и озона. Растений, абсо­лютно устойчивых к сернистому газу, как и к другим вред­ным промышленным отходам, практически нет. Растения, у которых участки повреждений составляют до 20 % общей площади листьев, относят к слабоповреждаемым. У среднеповреждаемых видов участки повреждений составляют до 50 % и у сильноповреждаемых — свыше 50 %. К слабоповреждаемым видам относится: аморфа кустарниковая, вишня магалебка, гледичия трехколючковая, виноград де­вичий, клен серебристый, лох узколистный, тополя канад­ский и пирамидальный, шелковица обыкновенная белая, шиповник обыкновенный, черемуха обыкновенная, вяз мел­колистный. Среднеповреждаемые виды: айлант высочай­ший, вяз гладкий, ива белая, клены татарский, ясенелистный, орех грецкий, тополь китайский, бальзамический и тополь Болле. Восприимчивыми к сернистому ангидриду, сильнопов-реждаемыми, оказались липа, клен, рябина, сирень, сморо­дина, яблоня.

По данным Г. М. Илькун 1 кг листьев в расчете на су­хое вещество в Лесостепи Украины за вегетационный пери­од накапливает из воздуха сернистого ангидрида в таких количествах (в граммах): белая акация – 69, вяз гладкий – 39, лох узколистный – 87, тополь черный -157. Если принять, что для всех видов среднее накопление ток­сичных газов составляет 100 г сернистого ангидрида на 1 кг листьев, 26 г хлористого водорода и 5 – 6 г фторидов, то лесные насаждения на площади 1 га способны ежегодно без заметного вреда для себя поглотить из воздуха 400 кг сернистого ангидрида, 100 кг хлоридов и 20 – 25 кг фтори­дов. Для условий степной зоны Украины можно предполо­жить, что эти цифры будут на 10 – 20 % меньше.

В городском воздухе, в зонах с повышенным содержа­нием окислов азота, на листьях появляются темно-корич­невые или темные почки, расположенные между жилками и по краю листа. Окислы азота в два – пять раз менее ток­сичны для растений, чем сернистый ангидрид, но их токсич­ность повышается в его присутствии. Эти два загрязнителя обычно сопутствуют друг другу в атмосфере промышлен­ных районов, поэтому существует реальная угроза сильного повреждения растений окислами азота вблизи источников их выбросов. Слабоповреждаемыми окислами азота вида­ми являются: абрикос обыкновенный, айлант высочайший, аморфа кустарниковая, бирючина обыкновенная, клены полевой, ложно-платановый, татарский, серебристый, ясенелистный, остролистный, тополя пирамидальный, китайский, вяз гладкий, вишня магалебка, виноград девичий, гледичия трехколючковая, шелковица белая, шиповник обыкновен­ный, черемуха обыкновенная, каштан конский. Среднеповреждаемые виды: береза бородавчатая, вяз мелколистный, жимолость обыкновенная, ива белая, лох узколистный, орех грецкий, сирень обыкновенная, тополя канадский и бальза­мический и ясень обыкновенный.

Аммиак для растений тоже менее токсичен, чем сернис­тый газ, однако – при длительном воздействии даже низких его концентраций обнаруживаются заметные признаки пов­реждения растений. Повышенные концентрации аммиака вызывают появление темных, почти черных, пятен некрозов на обеих поверхностях листа, опадание листьев. Слабоповреждаемые аммиаком деревья: абрикос обыкновенный, бере­за бородавчатая, вяз гладкий, вишня магалебка, каштан конский, липа сердцелистная, лох узколистный, сирень обык­новенная, гледичия трехколючковая, ива белая, шелковица белая, черемуха обыкновенная, некоторые виды клена и то­поля. Среднеповреждаемые виды: айлант высочайший, вяз мелколистный, орех грецкий, тополь канадский, шиповник обыкновенный, ясень обыкновенный.

Фенольные загрязнения атмосферы городов по фитотоксичности приравниваются к загрязнениям аммиаком. На листьях появляются ожоги темного цвета, преимущественно на периферийных участках листовой пластинки. Повреж­денные листья опадают. Подавляется рост побегов, возни­кает мелколистность. Более устойчивыми к фенольному за­грязнению атмосферы по сравнению с другими деревьями и кустарниками являются: гледичия трехколючковая, абри­кос обыкновенный, катальпа величественная, вишня Бессея, вишня войлочная, ирга крупнолистная, боярышник зеленомясый, лох серебристый.

Озон у зеленых насаждений вызывает отмирание краев, угнетает образование почек, снижает цветение и рост по­бегов, приводит к раннему опаданию листвы.

Многочисленные наблюдения показывают, что у зеленых насаждений, находящихся в зоне воздействия промышлен­ных выбросов, отмечен вершинный тип усыхания, разрежен­ность кроны, многовершинность, деформации побегов, на которых часто отсутствуют ветви второго и третьего поряд­ков. Хронические повреждения сопровождаются снижением прироста, продуктивности древостоев и качества древеси­ны, отсутствием самосева, опаданием хвои и листьев. Уста­новлено, что загрязняющие атмосферу вещества наносят растениям и скрытые повреждения, влияющие на физиоло­гические и биохимические процессы. Замедление скорости физиологических реакций и нарушение биохимического об­мена происходят у растений за два-три года до появления первых внешних признаков повреждения. Подавление рос­та отмечается за пять-семь лет до гибели растения, при этом рост в высоту прекращается раньше, чем диаметраль­ный. Ослабленные деревья сразу же заселяются вторичны­ми вредителями, ускоряющими распад и гибель лесных био­геоценозов.

Зеленые зоны.

В условиях продолжающегося научного прогресса и интенсивной урбанизации решение экологической про­блемы города заключается прежде всего в снижении уровня загрязнения его воздуш­ного бассейна выбросами производства и автотранспорта и уменьшении этих выбро­сов до безопасных объемов.

При решении проблемы оздоровления окружающей сре­ды в районе крупных промышленных городов большое значение, как известно, имеют зеленые насаждения. Важно не просто садить деревья, кустарники, однолетние и многолет­ние травы, не просто озеленять и благоустраивать террито­рии застройки, а создавать и формировать высокоэффектив­ные долголетние культурные антропогенные биогеоценозы, обеспечивающие оздоровление окружающей человека сре­ды. Оздоровление, охрану и оптимизацию окружающей сре­ды с помощью зеленых насаждений нужно осуществлять методами ландшафтной архитектуры и фитомелиорации.

Актуальной научной и практической задачей сейчас является поиск эффективных способов по повышению устойчивости зеленых насаждений и одновременно их экологической значимости в городах и поселках. Для современных городов Саратовской области характерно аэротехногенное загрязнение окружающей среды рядом опасных экотоксикантов, к числу которых принадлежит сернистый газ, который способен вызывать деградацию и гибель растений. В статье представлены результаты экспериментальных исследований влияния данного токсиканта на листья декоративных кустарников (22 вида), произрастающих в городских и сельских условиях Балашовского муниципального района (Саратовская область). Анализ и обобщение результатов позволили выделить 4 группы устойчивости кустарников к загрязнению воздушного бассейна сернистым газом: высокоустойчивые (8 видов), устойчивые (7 видов), среднеустойчивые (3 вида) и неустойчивые (4 вида). Представителей последней группы ввиду их биологии и экологии предлагается использовать при осуществлении экологического мониторинга в качестве биоиндикаторов состояния окружающей среды населенных мест. В последующем в установленных местах с высоким уровнем аэротехногенного загрязнения окружающей среды необходимо создавать древесно-кустарниковые насаждения защитного назначения, в том числе с участием кустарников с декоративными свойствами из групп высокоустойчивых, устойчивых и средней устойчивости к загрязнению воздуха диоксидом серы.


1. Биологические основы газоустойчивости растений / В.С. Николаевский. – Новосибирск: Наука, 1979. – 278 с.

2. Кизеев А.Н. Влияние промышленных загрязнений на состояние ассимиляционного аппарата сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.) на Кольском полуострове: Автореф. дис. . канд. биол. наук. – Апатиты, 2006. – 205 с.

3. Ларионов М.В. Важнейшие экотоксиканты почв в условиях малого города / М.В. Ларионов, Н.В. Ларионов // Формирование культуры безопасности жизнедеятельности у участников образовательного процесса: материалы Всерос. науч.-практ. конференции с международным участием. – Саратов: Саратовский источник, 2014. – С. 87–91.

4. Ларионов М.В. Динамика сезонного накопления свинца в листьях древесных растений в городской среде / М.В. Ларионов, Н.В. Ларионов // Вестник Воронежского государственного университета. Серия: Химия. Биология. Фармация. – 2015. – № 2. – С. 51–54.

5. Ларионов М.В. Зеленые насаждения как фактор экологической стабилизации антропогенной среды и сохранения здоровья населения / М.В. Ларионов, Н.В. Ларионов // Проблемы и мониторинг природных экосистем. Сборник статей Международной научно-практической конференции. – Пенза, 2014. – С. 85–88.

6. Ларионов М.В. Обзор научной литературы по проблеме влияния экологических факторов на здоровье человека / М.В. Ларионов, В.Б. Любимов, Т.А. Перевозчикова // Фундаментальные исследования. – 2015. – № 2–6. – С. 1204–1210.

8. Николаевский В.С. Газоустойчивость местных и интродуцированных древесных растений в условиях Свердловской области // Тр. УФАН СССР. ИЭРиЖ. – 1967. – Вып. 54. – С. 85–91.

9. Николаевский В.С. Методика определения предельно допустимых концентраций вредных газов для растительности / В.С. Николаевский, Т.В. Николаевская. – М., 1988. – 15 с.

10. Сазонова Т.А. Эколого-физиологическое исследование реакции хвойных растений Северо-Запада России на действие природных и антропогенных факторов: Автореф. дис. . канд. биол. наук. – Петрозаводск, 2006. – 311 с.

11. Сотникова О.В. Влияние аэрогенного загрязнения на рост и химический состав вегетативных органов сосны обыкновенной: Автореф. дис. . канд. биол. наук. – Красноярск, 2004. – 105 с.

Из специфических загрязнителей городской среды области и растений в составе насаждений в условиях Саратовской области ведущие позиции занимают соединения, содержащие тяжелые металлы [3, 4, 7].

В то же время существенную роль в ухудшении состояния насаждений играет насыщенный некоторыми газообразными веществами воздух. К числу наиболее вредных компонентов атмосферного воздуха относится сернистый газ (SO2↑).

Очень большое число исследований посвящено анализу действия сернистого ангидрида на представители хвойных растений [2, 12, 13]. Воздействие этого поллютанта на лиственные растения, в частности, на декоративные кустарники из состава зеленых насаждений в населенных пунктах изучено слабо.

Дело в том, что сернистый газ (сернистый ангидрид) – один из наиболее распространенных загрязнителей воздуха в городах Саратовской области. Он выделяется разнообразными энергоустановками при сжигании топлива. Это вещество является токсичным. При непосредственном воздействии сернистого газа на растения происходит резкое замедление фотосинтеза, поражение листьев, что выражается в проявлении хлорозных и некрозных пятен, резком подавлении роста и развития. В итоге наблюдается утрата растениями жизнестойкости, общее угнетение и иногда (при высоких концентрациях данного поллютанта в воздухе) гибель [1, 8].

Все выявляемые повреждения от воздействия диоксида происходят в двух основных направлениях:

1) визуально определяемые, т.е. видимые повреждения в форме некрозных пятен ассимиляционных органов и их деформации;

2) скрытые проявления, заключающиеся в падении продуктивности за счет подавления ряда физиологических процессов в клетках и тканях (обмена веществ, фотосинтеза и др.).

Особенности токсического влияния диоксида серы, по мнению B.C. Николаевского, проявляются в изменении физиологической активности растений [1]. Известно, что он повреждает древесные растения в концентрации до 0,05 мг/м 3 [9].

Цель исследований: выполнить оценку устойчивости кустарников в условиях урбанизации и сельской местности Балашовского муниципального района Саратовской области к диоксиду серы и определить наиболее газоустойчивые растения среди декоративно цветущих кустарников.

Экспериментальные исследования толерантности кустарников к действию сернистого ангидрида проводились на образцах листьев декоративных видов кустарников, от отобранных на улицах города Балашова Саратовской области с различным уровнем антропогенного пресса на окружающую среду и в различных частных посадках, а также на примере кустарников, произрастающих на пришкольной территории МОУ СОШ села Хопёрское (Балашовский муниципальный район). Для получения диоксида серы в лабораторных условиях применялся сульфит натрия (Na2SO3) и серная кислота (Н2SO4). В длинные лабораторные пробирки насыпалось равное количество сульфита. На пробирку насаживалась колба донышком вверх таким образом, чтобы пробирка касалась дна. Затем колба переворачивалась и пробирка вынималась. На дне колбы оставалась небольшая горка сульфита. Рядом с сульфитом натрия длинным пинцетом на дно устанавливался тигелек с кислотой. Пучок листьев (5–7 г) и черешки конкретного вида обматывались нитью, опускались в колбу. При этом так листья оставались на вису. Колба закрывалась пробкой, чтобы нитка оказывалась между пробкой и горлышком. Пробка изолировалась пластилином. Далее резким движением колбы опрокидывался тигелек с серной кислотой на сульфит и отмечалось время начала реакции. Наблюдения за изменениями листьев растений проводились перманентно. Через фиксированный период времени (2–3 часа) растения вынимались, выявлялись и фиксировались все повреждения (хлорозы, некрозы, изменения растений после помещения их в воду).

Затем выявлялась устойчивость растений к диоксиду серы. Среди анализируемых образцов выявлялись наиболее чувствительные растения, которые можно использовать в экологических исследованиях в качестве индикаторных организмов.

Толерантность к сернистому газу изучалась на примере 22 видов декоративных кустарников из 10 семейств, что отражено ниже в таблице. Лабораторные эксперименты показали, что исследуемые виды кустарников по-разному реагируют на воздействие диоксида серы. Выявлена четкая видоспецифичность степени подверженности кустарников к указанному загрязнителю.

В результате полученных данных исследуемые виды декоративных кустарников следует разделить на следующие группы толерантности к загрязнению атмосферного воздуха диоксидом серы:

1) высокоустойчивые виды (в первые 60 минут исследования повреждается менее ¼ листовой пластинки): Crataegus sanguinea Pall., Rosa cinnamomea L., Spiraea crenata L., Sorbaria sorbifolia (L.), Tamarix gracilis Willd., Amorpha fruticosa L., Ligustrum vulgare L., Syringa vulgaris L.;

2) устойчивые виды (в первые 60 минут исследования повреждается более ¼, но менее ⅓ площади листовых пластинок): Cotoneaster lucidus Schlecht., Philadelphus coronarius L., Berberis vulgaris L., Physocarpus opulifolius L., Corylus avellana L., Cornus alba L., Symphoricarpos albus (L.) Blake.;

3) среднеустойчивые виды (в начальные 60 минут исследования повреждается более ⅓, но менее ½ листовой пластинки): Amelanchier alnifolia Nutt., Cotinus coggygria Scop., Weigela floribunda C. Koch.;

4) неустойчивые виды (в первые 60 минут исследования повреждается ½ и более листовой пластинки): Spiraea japonica L. Fil, Dasiphora fruticosa (L.) Rydb., Hydrangea arborescens L., Lonicera caprifolium L.

По истечении 120 минут лабораторных экспериментов наблюдалась 100 %-я гибель листьев всех видов исследуемых декоративных кустарников, что свидетельствует о том, что длительное воздействие сернистого газа угнетающе действует на них и может быть летальным для них.

Выводы:

– среди культивируемых в Балашовском муниципальном районе декоративных кустарников на городских улицах, дворах и в сельской местности четко выделяются три группы видов по степени устойчивости к загрязнению воздушного бассейна SO2↑;

– среди исследованных видов кустарников наиболее приспособлены к произрастанию в городе, а также в условиях значительного загрязнения атмосферы этим токсикантом растения из состава первых двух групп – высокоустойчивые, устойчивые – и отчасти представители группы кустарников со средней степенью устойчивости;

– при планировании работ по озеленению урбанизированных территорий, в том числе по созданию декоративных посадок из кустарников требуемых видов, необходимо учитывать близость расположения источников токсичных выбросов в окружающую среду от объектов теплоэнергетики и промышленности (т.к. в составе техногенных выбросов содержатся сернистый газ и другие токсичные вещества) и уровень устойчивости самих растений к данному экотоксиканту;

– в качестве биоиндикаторных организмов, чувствительных к загрязнению атмосферного воздуха диоксидом серы, можно рекомендовать кустарники из группы неустойчивых (S. japonica L. Fil, D. fruticosa (L.) Rydb., H. Arborescens L., L. Caprifolium L.) к данному загрязнителю, по ответным реакциям которых можно достаточно достоверно диагностировать степень техногенной нагрузки на различные городские территории;

– в местах наибольшего уровня воздействия аэротехногенных выбросов целесообразно создавать, в первую очередь, защитные насаждения из древесных растений и кустарников, устойчивых к химическому загрязнению окружающей среды [8], а также посредством создания газонов и посадок из кустарников с декоративными свойствами из первых трех экспериментально установленных групп устойчивости и с учетом ландшафтно-географических условий местности (характер рельефа, наличие открытого грунта и его физико-химические признаки, степень застроенности территории, близость расположения автомобильных, железных дорог и предприятий, ширина улиц, параметры дворов, сеть коммуникаций, интенсивность автомобилепотоков).

Рецензенты:

В данной работе описано как определенные продукты выбросов промышленных объектов влияют на деревья и лес в целом.
Развитие растений тесно связано с условиями окружающей среды. Температуры, характерные для данного района, количество осадков, характер почв, биотические параметры и даже состояние атмосферы – все эти условия, взаимодействуя между собой, определяют характер ландшафта и виды растений являющихся его частью. Если окружающие условия изменяются, то изменяется и растительный мир. Изменения способна вызвать даже разница в количестве осадков, выпадающих в разные годы. Если изменение условий очень значительны, то растения, обладающие большой чувствительностью к таким изменениям, испытывают стресс и, в конечном счете, могут погибнуть. Значительные изменения даже какого–либо одного параметра могут приводить к гибели растений.

Работа содержит 1 файл

действие выбросов.doc

Развитие растений тесно связано с условиями окружающей среды. Температуры, характерные для данного района, количество осадков, характер почв, биотические параметры и даже состояние атмосферы – все эти условия, взаимодействуя между собой, определяют характер ландшафта и виды растений являющихся его частью. Если окружающие условия изменяются, то изменяется и растительный мир. Изменения способна вызвать даже разница в количестве осадков, выпадающих в разные годы. Если изменение условий очень значительны, то растения, обладающие большой чувствительностью к таким изменениям, испытывают стресс и, в конечном счете, могут погибнуть. Значительные изменения даже какого–либо одного параметра могут приводить к гибели растений.

В нормальных условиях в атмосфере содержится огромное число компонентов – как газообразных, так и в виде аэрозолей. Помимо основных компонентов – кислорода и азота, а так же важного, но присутствующего в меньших количествах диоксида углерода, воздух содержит различные химические соединения, которые следует рассматривать как загрязнения. К ним относятся некоторые углеводороды, выделяемые самими растениями, а также серосодержащие соединения, являющиеся продуктами жизнедеятельности бактерий. Установлено, что такие биогенные источники ответственны за 11% от общего количества диоксида серы, попавшего в атмосферу. Оставшаяся часть образуется в результате деятельности человека, то есть поступает из антропогенных источников. В атмосфере обычно присутствуют оксиды азота. Они в основном образуются при электрических разрядах молний и в результате биологического окисления, главным образом бактериями. Из искусственных источников поступает только около 10% общего количества оксидов азота. Тем не менее, эти источники весьма существенны, поскольку вблизи городских центров происходит концентрация загрязнений в атмосфере. Антропогенными источниками оксидов являются процессы горения, при которых происходит окисление воздуха до NO. Чем выше температура, тем больше образуется оксидов. В дневное время происходит дальнейшее окисление NO до NO2 в результате химических реакций. Часть NO2 расходуется с образованием озона, пероксиацилнитратов и других загрязняющих веществ. Таким образом, предшественники многих основных загрязняющих веществ уже имеются в обычных условиях в атмосфере. Поскольку растения развивались в присутствии таких соединений в обычных концентрациях, в этих условиях редко наблюдаются какие либо отрицательные воздействия на них. Эти воздействия обнаруживаются только тогда, когда концентрация загрязнений оказывается выше допустимого порогового уровня. Такое превышение может произойти во многих случаях. Одним из наиболее наглядных примеров являются местности, расположенные около металлургических заводов, где для атмосферы характерны высокие концентрации оксидов серы и тяжелых металлов. В этих условиях многие растения неспособны к выживанию. Любая популяция растений включает в себя различные индивидуальности. Точно так же, как один вид растений может быть более или менее чувствительным к загрязнениям, чем другой, внутри популяции каждого вида может различаться чувствительность отдельных экземпляров. Поэтому в присутствии определенных количеств загрязнений наименее устойчивые виды и экземпляры ослабевают или гибнут, в то время как более устойчивые продолжают участвовать в производстве следующего поколения растений. В этом поколении также может проявиться аналогичное различие в устойчивости, и, таким образом, процесс селекции продолжается, и популяции растений приходится реагировать на дополнительные параметры, связанные с воздействием окружающей среды. К сожалению, не все популяции растений обладают генетической структурой, обеспечивающей устойчивость по отношению к существующим концентрациям всех загрязнений. Во многих случаях скорость увеличения количества загрязнений в атмосфере превышает скорость перестройки генетического аппарата популяции, что не дает возможности растениям приспособиться к изменению окружающих условий. При загрязнении окружающей атмосферы такие виды исчезают.

Воздействие на экологическую систему, будь это пустыня, луг или лес, на первых порах не отражается на системе или организме в целом; любые нарушения или стрессы сначала дают себя знать на молекулярном уровне отдельного растения или системы растений. В тех случаях, когда стрессы воздействуют на процессы, протекающие в клетке, растение начинает слабеть; при этом происходят изменения в процессах обмен, и сама клетка подвергается воздействию. Каждое из загрязнений воздействует своим особым образом, однако все загрязнения оказывают влияние на некоторые основные процессы, в частности нарушают водный баланс. В первую очередь воздействию подвергаются системы, регулирующие поступление загрязняющих веществ, а также химические реакции, ответственные за процессы фотосинтеза, дыхания и производство энергии. однако разные древесные породы неодинаково чувствительны к этому воздействию. Одни из них более стойки, другие, напротив, очень уязвимы. Каждая древесная порода чувствительна по-своему. Это отчасти зависит от того, как долго сохраняются на дереве листья или хвоинки, какова продолжительность их жизни. Например, наши лиственные деревья с опадающей ежегодно листвой лучше противостоят вредному действию промышленного дыма, чем вечнозеленые хвойные, у которых хвоинки живут несколько лет. Лиственница, которая каждый год сбрасывает хвою, отличается почти такой же стойкостью, как лиственные древесные породы. А среди последних тоже нет однообразия по чувствительности, хотя продолжительность жизни листьев одинакова. Особенно стойки к атмосферным загрязнениям различные виды тополя.

Какие же вещества наиболее опасны для растений? Какие вредят сильнее всего? Перечень этих веществ довольно велик, и перечислить их все нет возможности. Вот только главнейшие: сернистый газ (двуокись серы), фтор, хлор, аммиак, фенол, окислы азота, сероводород, уксусная кислота, пары ртути, хлористый водород, окись углерода. Но все же врагом номер один надо считать для леса сернистый газ (двуокись серы). Это веществ в особенно больших количествах попадает в атмосферу и при этом очень ядовито для растений. Так что когда говорят о вреде промышленного дыма для леса, то речь идет чаще всего именно о сернистом газе. Рассмотрим наиболее вредные загрязняющие вещества.

Сернистый газ.

Сернистый газ (SO2) попадает в атмосферу при сгорании веществ, содержащих серу. Он образуется, в частности, при выплавке меди (когда сырьем служит медный колчедан), при сжигании каменного угля, нефти, имеющих примесь серы (в нефти, например, эта примесь может достигать 4% и более). Огромное количество сернистого газа выбрасывается в атмосферу из труб заводов, тепловых электростанций и ряда других предприятий. Подсчитано, что в воздушную оболочку нашей планеты ежегодно попадает более 130 млн. т этого вредного вещества. Практически весь сернистый газ выделяется в результате производственной деятельности человека. Это вещество почти исключительно антропогенного происхождения, так сказать спутник цивилизации. В природе, не затронутой человеком, нет таких процессов, которые приводили бы к выделению больших количеств сернистого газа. Немного его попадает в атмосферу только при извержениях вулканов. А извержения, как известно, бывают достаточно редко.

Особенно губителен сернистый газ для наших вечнозеленых хвойных деревьев, прежде всего сосны. Огромные массивы сосновых лесов в зоне интенсивного действия промышленного дыма страдают от отравления этим веществом. Признаки поражения деревьев хорошо заметны. Такие деревья резко отличаются по внешнему виду от здоровых. Кроны их сильно изрежены, хвои мало, часть крупных сучьев засохла. Иногда засыхает и вершина. Поражение сернистым газом сказывается также на длине хвоинок: они становятся значительно короче. Отравленные деревья в конце концов полностью засыхают, погибают.

Интересно, что обычно поражаются главным образом края листовой пластинки, а средняя часть остается незатронутой. Листовая мякоть между жилками повреждается сильнее, чем сами жилки.

Чем обусловлено ядовитое действие сернистого газа, почему он отравляет растения? Суть дела заключается в следующем.

Проникая внутрь листа, сернистый газ поражает живые клетки, которые осуществляют важнейший для зеленых растений процесс фотосинтеза. Поражение клеток приводит к тому, что фотосинтез резко нарушается, так как связывается каталитически активное железо. Хлорофилл на свету уже не вырабатывает органических веществ, а, напротив, начинает действовать как окислитель, разрушая некоторые жизненно важные для растения соединения (белки, фосфатиды, аминокислоты и др.). В результате этого клетки отмирают. Чем сильнее интенсивность освещения, тем больше ядовитое действие сернистого газа. С уменьшением освещенности вредное действие снижается. Ночью, в темноте, оно минимально. Большое значение имеет и другое обстоятельство. Сернистый газ, проникая в клетки, растворяется там и образует сернистую кислоту. В результате этого сильно подкисляется содержимое клеток, что оказывает крайне неблагоприятное воздействие. Под влиянием подкисле-ния уменьшается стабильность клеточных биоколлоидов и даже происходит их коагуляция. Клетки сильно повреждаются и затем отмирают.

Вредное воздействие сернистого газа обусловлено еще и тем, что в клетках листа постепенно накапливается сера, в результате чего наступает сульфатное отравление. В конце концов в листьях разрушается хлорофилл, они желтеют и отмирают. Таковы в общих чертах причины ядовитости сернистого газа.

Необходимо немного сказать о путях проникновения сернистого газа в растения, а также о том, какие особенности строения растений уменьшают вредное действие этого газа. Речь будет идти только о листьях, так как они наиболее уязвимы.

Сернистый газ проникает в листья через устьица. Эти микроскопические клапаны, способные то открываться, то закрываться, расположены в кожице листа. При открытых устьицах сернистый газ легко проходит внутрь листовой мякоти, двигаясь по межклетникам и отравляя живые клетки, лежащие на его пути. Когда устьица закрыты, газ тоже может проникать в лист, но с большим трудом и в очень малых количествах. Он частично просачивается через слой кутикулы - особой защитной пленки, одевающей лист со всех сторон. Кутикула почти непроницаема для газов, но все же не является абсолютным препятствием. Она в слабой степени пропускает и сернистый газ.

Ясно, что, чем толще кутикула, тем лучше защищено растение от вредного действия сернистого газа.

Кутикула почти непроницаема не только для газов, но и для воды. Это защита для внутренних тканей листа от обезвоживания, высыхания. Естественно, что лучше всего развита кутикула у растений засушливых районов, особенно у обитателей пустынь. Им особенно нужна надежная защита от высыхания. Установлено, что растения с толстой кутикулой, хорошо переносящие засуху, оказываются наиболее стойкими и к воздействию сернистого газа. Именно так обстоит дело у многих растений пустыни, например кактусов. Иными словами, более засухоустойчивые растения менее чувствительны к сернистому газу.

Эту зависимость можно проследить и на наших древесных породах.

Два вида наших берез - повислая и пушистая - заметно различаются по своей газоустойчивости. Листья первого вида более грубые, с более толстой кутикулой, они лучше противостоят как высыханию, так и вредному воздействию сернистого газа. Листья другого вида березы, напротив, более мягкие, нежные, они быстрее теряют воду и легче поражаются сернистым газом. Словом, свойство засухоустойчивости идет параллельно с газоустойчивостью. Защитные приспособления от засухи служат одновременно и защитой от вредных газов.

До сих пор мы говорили только о газоустойчивости хвоинок и листьев деревьев. О других надземных частях растений ничего не было сказано. Это не случайно. Именно листья и хвоинки наиболее чувствительны к вредным газам. Они хуже всего защищены от отравления. Поверхность их покрыта тонкой живой кожицей, которая представляет собой не очень надежную защиту. Собственно защитную роль выполняет только кутикула- тончайшая пленка особого жироподобного вещества, которая, как слой лака, покрывает снаружи клетки кожицы листа.

Первые данные о влиянии городской атмосферы на растительность были получены в прошлом веке, когда в 1886 г. Ниландер обратил внимание на то, что в Люксембургском саду в Париже исчезают лишайники. Мохово-лишайниковая растительность способна чутко реагировать даже на самые небольшие загрязнения атмосферы (они гибнут, например, при концентрации сернистого газа 0,1 мг/м3), В дальнейшем и в других городах именно лишайники первыми реагировали на загрязнение воздуха.

В наше время нарастающие темпы уничтожения флоры вызывают тревогу. Страны Европы тратят огромные средства и усилия на сохранение, восстановление лесов, которые там либо исчезли, либо превратились в отдельные разобщенные лесопарки с изменившейся экологией.

В состоянии лесных экосистем на территории европейской части России в настоящее время стало очевидным ухудшение возобновления хвойных пород деревьев (замещение их лиственными) и усыхание дубрав. Региональные фоновые концентрации двуокиси серы в западной части Европейской территории достигают 20—30 мкг/м3 (в зимнее время), т. е. значений, при которых уже начинаются изменения биохимических процессов.

В Белоруссии с 1956 по 1978 г. участки дуба в лесах уменьшились с 4,8 до 3,9 %, несмотря на создание в этот же период 50 тыс. га дубовых посадок.

Этапы гибели пораженной растительности
 Прирост (средний) древесины за десятилетие. Дерево росло в пригороде крупного города
Этапы гибели пораженной растительности Прирост (средний) древесины за десятилетие. Дерево росло в пригороде крупного города

Большую озабоченность ученых вызывает реакция растительного мира на различные формы загрязнения воздуха двуокисью серы, которая поражает отдельные растения и даже целые сообщества. Чувствительность отдельных видов растительности к поражающему действию сернистого газа значительно выше, чем чувствительность человека.

Очень чувствительны в городских условиях к негативным воздействиям промышленности и транспорта хвойные породы. Если в нормальных естественных условиях хвоя сосны опадает через 3—4 года, то при больших концентрациях загрязненного воздуха она может погибнуть буквально в несколько часов. У лиственных пород выбросы загрязнителей вызывают огрубление листьев и ускоренное завершение вегетационного периода; ожоги, отмирание, иногда опадание листвы даже в июле; нарушение процесса фотосинтеза и дыхания; сокращение периода вырабатывания кислорода деревьями; торможение роста. Часто вслед за этим происходит вторичное распускание почек, что влечет за собой дальнейшее ослабление растений. На листьях деревьев, высаженных вдоль улиц, появляются некротические пятна. Они возникают у края листа и быстро распространяются к середине. Листья становятся коричневыми и отмирают. С каждым годом количество опавших листьев увеличивается в зависимости от расстояния между деревьями и магистралью и интенсивности движения транспорта.

Атмосферными загрязнениями в первую очередь поражаются ели, сосна, затем дуб, липа. Нестойкие к газам деревья и кустарники: клен остролистный, каштан конский обыкновенный, барбарис обыкновенный, береза пушистая, акация желтая, ломонос фиолетовый, ясень обыкновенный, ясень манчжурский, облепиха, ель обыкновенная, сосна обыкновенная, вязовик (кожанка), рябина обыкновенная, сирень обыкновенная.

Многие годы основное внимание при изучении воздействия серных загрязнителей на растения и растительный мир было сосредоточено на проявлении внешних признаков (хлороз, некроз листьев, а при экстремальных условиях — гибель растений). Однако детальные исследования на современном уровне развития науки показали, что проблема значительно сложнее. Например, рост растения может быть сильно подавлен без сопутствующего проявления внешних признаков. Поэтому оценка воздействия серных загрязнителей должна учитывать как прямое, так и косвенное их влияние. Хроническое повреждение растений является результатом длительного воздействия небольших концентраций.

На растительность вредное действие оказывает большая часть промышленных выбросов в атмосферу. Главнейшие промышленные газы располагаются в следующем порядке по степени убывания их токсичности: фтор, хлор, сернистый ангидрид, окислы азота, аммиак. Однако масштабы поражения определяются не только токсичностью веществ, но и объемом их выбросов. Для большинства промышленных регионов справедлива такая последовательность токсикантов (с учетом объема выбросов и, следовательно, степени поражения в глобальном масштабе): сернистый газ, окислы азота, пыль, фтор, хлор, аммиак. Для районов, специализирующихся на производстве алюминия, первое место может занимать фтор. В районах крупных городов при большой насыщенности автотранспортом существенную роль играют продукты фотохимических реакций.

Достаточно хорошо изучены повреждения растительности сернистым газом, окислами азота, озоном, фтором. В зависимости от концентрации газов и длительности их действия большинство исследователей различают три вида повреждения растений: острое, хроническое и скрытое, или физиологическое.

Для каждого вида растений существует определенный предел насыщения листа токсикантами. В зоне высокого содержания загрязнителей растения накапливают их в максимальном (пороговом) количестве уже в середине вегетации. Дальнейшее их поступление ослабевает в зависимости от индивидуальных особенностей растения.

Острое поражение растительности возникает при действии на нее высоких концентраций в течение кратковременного периода — минут или часов. При этом повреждаются ассимиляционные ткани, приводящие к необратимому нарушению газообмена и в конечном счете к гибели (табл. 2.14, 2.15).

Концентрация двуокиси серы, вызывающая острое поражение растительности
Вид растительности Концентрация, мг/ м куб. Время воздействия, ч Симптом поражения
Большинство видов древесной растительности, Россия 2 1 — 2 Некроз, гибель ассимиляционных органов
Хвойные и лиственные породы (кроме дуба и тополя), Германия 2 10 Полная гибель ассимиляционных органов
Хвойные породы (сосна, лиственница), США 1,4 7 Гибель ассимиляционных органов
Смешанные леса, Чехия, Словакия 1 — 1,5 Некроз листьев и хвои
Гречиха, США 1,3 Некроз листьев
Лишайники, Великобритания 0,1 Гибель растений
Концентрация двуокиси серы, вызывающая хроническое поражение растительности
Хвойные породы, Россия 0,08 — 0,23 длительное Гибель сосен в течение 5 — 7 лет
0,23 — 0,32 Гибель сосен в течение 2 — 3 лет
Лиственные породы, Россия 0,1 постоянное Деформация листовых пластин
0,5 Обесцвечивание листьев
Древесно-кустарниковые насаждения, Германия 0,26 — 0,52 длительное Повреждение листвы
Ель европейская, Италия 0,3 Повреждение хвои

Для большинства видов древесной растительности острое поражение вызывается дозовой нагрузкой, определяемой действием двуокиси серы концентрации 1—2 мг/м3 в течение нескольких часов.

Для древесно-кустарниковой растительности первоначальные слабые симптомы хронического поражения появляются при длительном или постоянном воздействии концентрацией 0,1 мг/м3 и сильные повреждения при концентрациях 0,3—0,5 мг/м3 (данные получены в различных странах при неоднородных климато-географических условиях).

По полученным результатам вся растительность может быть разделена по степени газоустойчивости на три группы: очень чувствительные (0,02—0,2 мг/м3), среднечувствительные (0,5—2 мг/м3) и малочувствительные (> 2—8 мг/м3). Более высокой устойчивостью, как правило, обладают интродуценты. По сравнению с аборигенами они вообще отличаются большей адаптацией к новым экологическим факторам, в том числе и к загрязненному воздуху.

Можно выделить три механизма влияния двуокиси серы на растительность. В первом случае двуокись серы, проникая внутрь листа, нарушает процесс фотосинтеза. При втором механизме двуокись серы, проникая в клетки и растворяясь там, изменяет pH клеточной среды. Подкисление клеточной среды сильно отражается на состоянии клеток, обусловливая их повреждение и отмирание. Наконец, в соответствии с третьим механизмом в листьях или хвое происходит постепенное накопление серы, приводящее к сульфатному отравлению, наступают хлороз и отмирание.

Скрытые, или физиологические, повреждения возникают при длительном воздействии незначительных концентраций двуокиси серы. Как правило, концентрации в этом случае лежат в пределах 0,03—0,1 мг/м3. При этом виде повреждения отсутствуют визуально наблюдаемые симптомы, но происходит снижение жизнедеятельности растений: нарушаются рост и функции организма, например, снижается интенсивность газообмена.

Наибольшей чувствительностью обладают те виды растений, ассимиляционные органы которых функционируют длительное время (сосна, ель). Это не свойство хвойных пород вообще — возобновляющая каждый год хвою лиственница обладает высокой устойчивостью к воздействию двуокиси серы. Установлено, что минимальные концентрации двуокиси серы, вызывающие скрытое повреждение некоторых пород сосны, составляют около 0,02 мг/м3.

Неблагоприятное воздействие на растения оказывает пыль. Рассеянная в атмосфере, она способствует повышению температуры воздуха и перегреву растений. Весной растения раньше начинают рост, а осенью запаздывает вызревание побегов. В обоих случаях их могут погубить заморозки. Отрицательно сказывается на развитии растений выпадающая на растения сажа, которая плотно закупоривает устьица листьев и плохо смывается дождями.

Особую группу загрязнителей воздуха составляют летучие отходы цементной промышленности, которые вызывают суховершинность и отмирание ветвей, прежде всего дубов.

Загрязняющий воздух этилен влияет на вегетационный период растений. Более ста лет назад на некоторых улицах Берлина в середине лета с деревьев опала листва. Причина — утечка из газопровода светильного газа, в котором содержался этилен.

К веществам, обладающим мутагенными свойствами, относятся перхлораты, растворенные в сточных водах. Попадая в поле жизнедеятельности растений, они не влекут к их непосредственной гибели, но потомство от таких растений может иметь врожденные, даже губительные нарушения.

Повреждает растения хлористый натрий, применяемый в городах для посыпки зимой проезжих частей и тротуаров улиц и площадей.

Как правило, парк центральной части города изолирован от других зеленых массивов и, располагаясь в урбанизированной среде, закрыт окружающей застройкой от ветров, что при неблагоприятных условиях вызывает застой воздуха. Антропогенные воздействия на парк возрастают за счет высокой посещаемости. Около половины территории парка имеет искусственные или естественные улучшенные покрытия (дорожки, аллеи, площадки для игр и отдыха и т. д.). С каждым годом все больше уплотняется поверхностный слой, заменяется растительная почва, свободно пропускавшая воду и воздух, асфальтом или бетоном, что создает удобства посетителям, но ухудшает общую экологическую ситуацию. Возникает парадоксальная ситуация — растения используются для защиты и оздоровления городской среды и одновременно именно они становятся первыми жертвами чрезмерного загрязнения воздуха и почвы.

Судить о состоянии растительности можно по состоянию травяного покрова, плотности, цвету, приросту растений или по наличию в них свойственной этому климатическому району фауны (простейших насекомых, птиц).

Антропогенные воздействия прежде всего оказали пагубное влияние на чрезвычайно хрупкую, легко разрушимую природу севера. Вредные отходы (в основном сернистый газ и Окислы азота), выбрасываемые в верхние слои атмосферы на огромной территории Европы воздушными потоками и господствующими ветрами, переносятся на север, где на территории Швеции и Финляндии они, встретившись с горами и поясом холодов, выпадают вместе с дождем или снегом, превращаясь в кислоту— серную или азотную. Наличие большого снега, еще недавно предвещавшего хороший урожай, теперь при быстром таянии может повлечь отравление всего живого. Даже за полярным кругом, в шведском национальном парке Сарек, который еще несколько лет назад считался уголком нетронутой, первозданной природы, в последние годы опавшая листва деревьев к весне не разлагается, укрывая мертвым ковром землю. Одинаковые по количеству и качеству загрязнения произвели в этих наиболее суровых условиях значительно большие разрушения, чем в условиях средней полосы. Влияние деятельности цивилизованного человека стало ощущаться даже там, где никогда не ступала его нога.

Факты свидетельствуют, что растения могут повреждаться и гибнуть от присутствия загрязнителей в атмосфере и гидросфере. Поэтому при выборе видов деревьев, кустарников и трав для озеленения городских территорий следует учитывать экологические требования, использовать растения, способные выдержать максимальные нагрузки, предусматривать проведение специальных работ по уходу за растениями. Надо четко определять порог устойчивости (экологической емкости) отдельных участков зеленых насаждений к различным видам антропогенных нагрузок.

Читайте также: