Химическое загрязнение среды

Промышленные предприятия, выбрасывая в атмосферу, воду и почву различные химические соединения, вызывают угнетение и даже гибель растений и целых фитоценозов. Значительный ущерб растениям наносит повышенное содержание в воздухе тяжелых металлов вблизи крупных автомагистралей. Очень вредными для любого типа растительности является пыль, сажа и копоть. Наибольшее поражение лесов промышленными выбросами в атмосферу (поллютантами) наблюдается в районах крупных промышленных и топливно-энергетических комплексов. Следы действия загрязняющих веществ прослеживаются в радиусе десятков и даже сотен километров от источников своего возникновения.

Загрязнение атмосферного воздуха вызывает сокращение периода вегетации, задержку роста и развития, снижение скорости фотосинтеза. Например, под влиянием атмосферного загрязнения текущий прирост стволовой древесины, побегов и хвои сосны обыкновенной, произрастающей на Кольском полуострове, сокращается на 20—50%. При этом происходят значительные нарушения состава, структуры и жизненного состояния древостоев. Поллютанты приводят к преждевременному отмиранию хвои, ветвей и отдельных деревьев, ускоренному изреживанию древостоев, уменьшению продуктивности растений всех ярусов и видового разнообразия фауны и флоры. Загрязнение воздуха промышленными выбросами в атмосферу отрицательно влияет и на почву: происходит ее подкисление, обеднение основаниями, нарушается микробиологическая деятельность.

Промышленные выбросы влияют на растения непосредственно (через ассимиляционный аппарат) и косвенно (изменяя свойства почвы). Вредные газы поражают листовой аппарат и ухудшают жизнедеятельность микрофлоры корней. Деревья начинают терять листья, кроны приобретают зонтиковидную форму. На ослабленные древостой нападают насекомые-вредители и патогенные организмы. В результате массовой гибели деревьев освещенность под пологом леса увеличивается, что приводит к исчезновению тенелюбивых и теневыносливых лесных растений и появлению светолюбивых луговых растений. Особенно чувствительны к загазованности воздуха лишайники и мхи, которые исчезают в первую очередь. Поэтому эти виды растений могут служить индикаторами загрязнения воздуха.

Различают две группы повреждений токсическими газами: видимые и скрытые. Видимые признаки повреждения деревьев и кустарников носят различный характер: от изменения окраски, некрозов ассимиляционных органов до преждевременного листопада, недоразвития побегов, суховершинности и полной гибели растений (рис. 12.22, 12.23). Часто наблюдается деформация листьев, образование уродливых выростов и «ведьминых метел». Скрытые повреждения проявляются в снижении продуктивности растений за счет ингибирования фотосинтеза, изменений метаболизма, ускорения старения, увеличения восприимчивости к болезням и вредителям.

Рис. 12.22. Усыхание хвои ели европейской, поврежденное поллютантами.

Рис. 12.23. Деревья, погибшие в результате действия промышленных выбросов^1.

Ассимиляционные органы растений, имеющие значительную поверхность газообмена, поглощают из воздуха наибольшее количество вредных примесей, а потому сильнее других органов поражаются ими. Главным образом газообразные токсиканты проникают в листья через устьица. Поглощенные токсические вещества растворяются в пленочной воде оболочек клеток мезофилла и в виде ионов кислот проникают через мембраны внутрь клеток, которые часто разрушаются. Большинство кислых газов аккумулируется в хлоропластах, где они вызывают депрессию или полное прекращение фотосинтеза и разрушение клеточных структур.

Влияние загрязнителей на растительный организм может быть механическим (закупорка устьиц), физическим (скопление пыли на листьях) и химическим (попадание загрязнителей в ткани через устьица и корневые волоски).

Разные виды древесных растений характеризуются неодинаковой устойчивостью к загрязнению воздуха. Различают газоустойчивость физиологическую, морфолого-анатомическую и биологическую. Физиологическая устойчивость повышается с уменьшением степени окисляемости цитоплазмы. Морфолого-анатомическая устойчивость связана с особенностями строения фотосинтезирующего аппарата, ограничивающими поступление газов в ткани (толстая кутикула, особое строение устьиц). Биологическая устойчивость характеризуется способностью организма восстанавливать поврежденные вредными веществами ткани и органы (быстрая регенерация).

Деградация лесных сообществ под влиянием загрязнителей протекает с разной скоростью, зависящей от концентрации, токсичности и продолжительности действия промышленных выбросов. Степень^[1]

повреждения древостоев определяется целым рядом факторов и, прежде всего, от вида и концентрации токсикантов, продолжительности их воздействия, расстоянием до источника загрязнения, составом, строением, возрастом, полнотой и сомкнутостью древостоев.

Влияние выбросов в большей степени распространяется в направлении господствующих ветров, усиливаясь или снижаясь в зависимости от погодных условий, рельефа и особенностей насаждений. Инверсии и слабые ветры способствуют усилению фитотоксичности загрязнителей воздуха при скоплении их в местах с пониженным рельефом местности. Весьма опасны для растений сильные заморозки в сочетании с действием газообразных токсикантов.

В равнинной местности вредное воздействие промышленных выбросов на лес прямо пропорционально расстоянию от источника загрязнения. В горной местности это правило нарушается. В большей степени поражаются древостой, произрастающие на обращенных к источнику загрязнения склонах, водоразделах и плато. Древостой на противоположных склонах повреждаются меньше. Разница в каждом конкретном случае зависит от особенностей рельефа и ветрового режима.

Характер структурных и функциональных изменений растений под влиянием загрязнителей атмосферы зависит и от общей физиологической активности организма. Если эти изменения незначительные, то растение способно восстанавливать нарушенные структуры и функции.

Установлено, что смешанные молодые, средней густоты древостой в меньшей степени страдают от загазованности воздуха. Чистые древостой страдают от отравления газами больше смешанных, сомкнутые и сложные — меньше разреженных и простых, старые — больше молодых и средневозрастных. Устойчивость растений к загазованности на плодородных почвах значительно усиливается по сравнению с растениями на бедных почвах.

Преобладающим газообразным токсикантом в выбросах промышленных предприятий является сернистый газ. Значительный вред оказывают аммиак, окись углерода, фтор, фтористый водород, хлор, сероводород, окислы азота, пары серной кислоты и др. Ниже приводятся диагностические признаки поражения растений наиболее опасными загрязнителями.

Сернистый ангидрид. Хвоя приобретает рыже-бурую окраску, на листьях появляются красно-бурые пятна. Листья и побеги опадают, начинается разрушение живых клеток всех тканей.

Фтор и его соединения. Превышенная концентрация этих газов вызывает появление на периферии листа узкой полоски светло-желтого цвета, хвоя сначала бледнеет, а затем темнеет и усыхает.

Окислы азота. Появление в воздухе данных соединений приводит к побурению краев у листьев, кончики хвои краснеют.

Хлор. Присутствие в воздухе даже небольшого количества этого элемента вызывает вначале потемнение листьев, затем на них появляются темные участки, в которых образуются отверстия, края у листьев краснеют.

Этилен. Даже очень незначительные концентрации этого газа приводят к нарушениям процесса дыхания и фотосинтеза. На листьях образуются красноватые и коричневые пятна, и они опадают.

Неодинаковая степень поврежденности деревьев в зависимости от удаленности от источника промышленных выбросов требует дифференцированного подхода к назначению и проведению рубок и лесовосстановительных работ. В связи с этим необходимо выделение зон вредного воздействия выбросов (зон угрозы). Критериями для их выделения обычно служат количество сильно поврежденных, усыхающих и погибших деревьев, а также продолжительность жизни хвои.

В целом лиственные деревья лучше адаптируются к техногенному загрязнению, чем хвойные. Некоторые виды лиственных деревьев могут переносить концентрацию вредных примесей в воздухе в 5—50 раз большую по сравнению с хвойными деревьями. Газоустойчивость различных видов деревьев определяется их морфологическими, анатомическими и физиологическими особенностями, продолжительностью жизни листьев и пр.

Наиболее высокую газоустойчивость демонстрируют многие виды тополей, липа сердцевидная (Tilia cordata), клен ясенелистный (Acer negundo), ива белая. К менее газоустойчивым относятся такие виды, как береза повислая и береза пушистая, вяз шершавый, клен остролистный, карагана желтая (Caragana arboresens), лиственница сибирская. Очень низкой газоустойчивостью характеризуются сосна обыкновенная, ель европейская и ель сибирская.

Подбор газоустойчивых пород имеет большое значение для озеленения, а также для восстановления леса на территориях с сильной загазованностью.

• [1] URL: http://www.izevsk-news.ru/news/?id=20 988&print=l (дата обращения:20.12.2017).