Влияние загрязнения атмосферы на растения

В настоящее время негативное воздействие загрязнения атмосферного воздуха на растительность очевидно. Воздух никогда не бывает чистым. Атмосферный воздух представляет собой удивительную смесь газов и паров, а также микроскопических частиц различного происхождения. Естественно, что не каждый компонент атмосферного воздуха является загрязняющим веществом. К ним следует отнести те составляющие атмосферы, которые оказывают неблагоприятное воздействие на растения. Эффекты воздействия некоторых веществ на растения могут быть уловимыми, но приводящими к физиологическим нарушениям, а в отдельных случаях и к полному отмиранию и гибели растения. Отрицательное воздействие на растения оказывают практически все атмосферные выбросы, однако, особого внимания заслуживают так называемые приоритетные загрязняющие вещества:

• окислы серы, образующиеся при сгорании ископаемого топлива и при выплавке металлов;

• мелкие частицы тяжёлых металлов;

• углеводороды и окись углерода, содержащиеся в выхлопных газах автотранспорта;

• соединения фтора, образующиеся при производстве алюминия и фосфатов;

фотохимическое загрязнение.

Именно эти соединения приносят наибольший вред растительности, однако, перечень загрязняющих веществ ими не ограничивается. Хлориды, аммиак, окислы азота, пестициды, пыль, этилен, а также комбинации всех этих веществ могут причинять вред растительности.

Среди указанных выше загрязняющих веществ наибольшую опасность для растений, произрастающих в черте города, представляют выбросы в атмосферу, а также углеводороды и окись углерода.

Действие каждого загрязняющего вещества на растения зависит от его концентрации и продолжительности воздействия; в свою очередь каждый вид растительности по - разному реагирует на действие различных веществ. Более того, каждая реакция растения на загрязнение воздуха может быть ослаблена или усилена влиянием многих геофизических факторов. Таким образом, число возможных сочетаний загрязняющих веществ, изменение времени их воздействия, при котором появляются негативные эффекты, являются бесконечными.

Общеизвестно, что значительное количество загрязняющих веществ по мере их выпадения из атмосферы осаждается на растительность. Далее эти вещества проникают в растения и их внутриклеточное пространство, где некоторое абсорбируются клетками растения и может возникнуть взаимодействие с компонентами клетки. Очевидно, что только после завершения всех этих процессов можно выявить токсичность загрязняющего вещества.

Токсичное действие различных видов загрязнений на растительность может проявляться несколькими путями, но чаще всего оно приводит к нарушению обмена веществ. Каждое вещество по - своему воздействует на биохимические и физиологические процессы в растениях. Их реакция на эти воздействия проявляется в нарушениях структуры и функций всей системы или её отдельных компонентов. Эти нарушения можно заметить по ряду признаков, которые видны при внимательном взгляде на природный объект. На основании анализа ряда литературных источников и изучении растительных сообществ среди самых общих признаков нарушения древесной растительности в условиях антропогенных и техногенных загрязнений можно выделить:

• появление сухостоя и ослабленных деревьев среди пород - доминантов (ель в ельнике, дуб в дубраве, берёза в березняке);

• уменьшение (заметное) размеров хвои и листвы этого года по сравнению с прошлыми годами;

• преждевременное (задолго до осени) пожелтение и опадение листвы;

• замедление прироста деревьев по высоте и диаметру;

• появление хлорозов (т. е. раннего старения листьев или хвои под действием поллютантов) и некрозов (т. е. омертвление участков тканей растений также под действием загрязняющих веществ) хвои и листвы. Причём положение на растении и цвет некроза иногда позволяют сделать заключение о степени и виде воздействия. Принято различать: а) краевой некроз - отмирание ткани по краям листа; б) срединный некроз - отмирание листовой ткани между жилками; в) точечный некроз - омертвление ткани листа в виде точек и небольших пятен, рассыпанных по всей поверхности листа;

• сокращение срока жизни хвои;

•заметное увеличение, повреждённое деревьев болезнями и энтомовредителями (грибами и насекомыми);

• впадение из лесного сообщества трубчатых грибов (макромицетов) и снижение видового состава и численности пластинчатых грибов;

• уменьшение видового состава и встречаемости основных видов эпифитных лишайников (живущих на стволах деревьев) и уменьшение степени покрытия площади стволов деревьев лишайниками.

Известно несколько видов (типов) эффектов воздействия загрязнения воздуха на растения, которые можно условно разделить на эффекты острого воздействия высоких концентраций загрязняющих веществ за короткий промежуток времени и эффекты хронического воздействия низких концентраций за продолжительный период. Примерами эффектов острого воздействия являются отчётливо наблюдаемый хлороз или некроз ткани листьев, опадение листвы, плодов, лепестков цветков; свёртывание листьев; искривление стеблей. К эффектам хронического воздействия относится замедление или прекращение нормального роста или развития растения (обуславливающее, в частности, уменьшение объёма биомассы); хлороз или некроз верхушек листьев; медленное увядание растения или его органов. Зачастую проявление хронического или острого воздействия бывают специфическими для отдельных загрязняющих веществ или их сочетаний.

В настоящее время пагубное действие загрязнения атмосферы на различные компоненты растительности, например на лесные породы деревьев, является общепризнанным. К приоритетным загрязняющим веществам относятся: двуокись серы, озон, пероксацетилнитрат (ПАН), фториды.

Эти вещества нарушают различные биохимические и физиологические процессы и структурную организацию клеток растений. Ошибочно считать, что растения не повреждаются до момента появления видимых симптомов фитотоксичности. Повреждение в первую очередь проявляются на биохимическом уровне (затрагивают фотосинтез, дыхание, биосинтез жиров и белков и др.), затем распространяются на ультраструктурный (деструкция клеточных мембран) и клеточный (деструкция ядра, клеточных мембран) уровни. Только после этого развиваются видимые симптомы повреждения.

При остром повреждении древесных насаждений двуокисью серы типично появление некротических участков в основном между жилок листа, но иногда - у растений с узкими листьями - на кончиках листьев и по краям. Некротические поражения видны с обеих сторон листа. Разрушенные участки тканей листа сначала выглядят серовато -зелёными, как бы смоченными водой, но затем становятся сухими и меняют цвет на красновато-коричневый. Кроме того, могут появиться точки цвета бледной слоновой кости. Крупные некротические пятна и участки часто сливаются, образуя полосатость между жилками. Поскольку поражения некрозом ткани листа становится хрупкой, рвётся и выпадает из окружающей ткани, листья приобретают перфорированную форму, что является характерной реакцией острого повреждения двуокисью серы. Роль зелёных насаждений в предотвращении загрязнения воздуха пылью и промышленными выбросами трудно переоценить; задерживая твёрдые и газообразные примеси, они служат своеобразным фильтром, очищающим атмосферу. В 1 м3 воздуха индустриальных центров содержится от 100 до 500 тыс. частиц пыли, сажи, а в лесу их почти в тысячу раз меньше. Насаждения способны задержать на кронах от 6 до 78 кг/га твёрдых осадков, что составляет 40... 80 % взвешенных примесей в воздухе. Учёные подсчитали, что кроны еловых древостоев ежегодно фильтруют 32 т/га пыли, сосновых-36, дубовых-56, буковых- 63 т/га.

Под деревьями пыли меньше в среднем на 42,2 % в вегетационный период и на 37,5 % при отсутствии листвы. Лесные насаждения сохраняют пылезащитную способность и в безлистном состоянии. Одновременно с пылью деревья поглощают и вредные примеси: на деревьях и кустарниках оседает до 72 % пыли и 60 % сернистого газа.

Фильтрующая роль зелёных насаждений объясняется тем, что одна часть газов поглощается в процессе фотосинтеза, другая рассеивается в верхние слои атмосферы благодаря вертикальным и горизонтальным воздушным потокам, возникающим в связи с перепадом температур воздуха на открытых участках и под пологом леса.

Пылезащитная способность зелёных насаждений заключается в механическом задержании пыли и газов и последующем смывании их дождём. Один гектар леса за год очищает 18 млн. м3 воздуха.

Исследования пылезадерживающей способности деревьев вблизи цементных заводов показали, что за вегетационный период тополь чёрный осаждает до 44 кг/га, тополь белый- 53, ива белая- 34, клён ясенелистный-30 кг/га пыли. Под влиянием зелёных насаждений концентрация сернистого газа на расстоянии 1000 м от ТЭЦ, металлургического завода и химического комбината снижается на 20...29 %, а на расстоянии 2000 м на 38...42 %. В Московской области наиболее эффективно поглощают сернистый ангидрид берёзовые насаждения.

Активно поглощают сернистые соединения из атмосферного воздуха насаждения липы мелколистной (содержание серы в её в листьях составило 3,3 % сухого листьев), клёна (3 %), каштана конского (2,8 %), дуба (2,6 %), тополя белого (2,5 %).

За вегетационный период 1 га насаждений тополя бальзамического в условиях Предуралья поглощает 100 кг сернистого газа; в менее загазованном районе 1 га насаждений липы мелколистной накапливает в листьях до 40...50 кг серы. Учёными было установлено, что в зоне сильной постоянной загазованности больше всего поглощает сернистые соединения тополь бальзамический, а менее - вяз гладкий, черёмуха обыкновенная и клён ясенелистный. В зоне умеренно загазованности лучшие показатели характерны для липы мелколистной, ясеня, сирени и жимолости. В зоне слабой периодической загазованности сохраняется видовой состав первых двух групп. Многие высокоустойчивые к сернистому ангидриду виды древесных пород отличаются низкими газопоглотительными свойствами. Кроме сернистого газа, насаждения поглощают окислы азота. Кроме этих основных загрязняющих воздух веществ зелёные насаждения поглощают и другие. Тополь, ива, ясень, имеющие до 5 кг и более листьев, за вегетационный период усваивают до 200...250 г, кустарники - до 100... 150г хлора.

Одно дерево за вегетационный период обезвреживает соединения свинца, содержащиеся в 130 кг бензина. У растений вдоль шоссе содержание свинца равно 35...50 мг на 1 кг сухого вещества, а в зоне чистой атмосферы — 3... 5 мг. Активно поглощаются растениями алкаин, ароматические углеводороды, кислоты, эфиры, спирты и т. п.

Установлено снижение зелёными насаждениями опасности заражения канцерогенными веществами.

На обеднённых городских почвах насаждения более восприимчивы к газовым интоксикантам. Внесение в такие почвы минеральных и органических удобрений повышает газоустойчивость древесных пород.

Насаждения, обладающие фильтрующей способностью (поглощающие в среднем до 60 т/га вредных загрязняющих веществ), в состоянии справиться с ликвидацией загрязнения воздуха промышленными агломерациями, максимальная величина которых достигает 200 т/га.

Приведённые примеры убедительно доказывают, что зелёные насаждения наряду с применением технических средств очистки и совершенствованием технологии производства играют существенную роль в ликвидации и локализации вредных примесей атмосферного воздуха. Неся огромную санитарно-гигиеническую службу, лесные насаждения сами страдают от запылённости и загазованности воздуха..

Заключение

Растительные организмы играют ключевую роль в биосфере, ежегодно накапливая огромные массы органического вещества и продуцируя кислород. Человечество использует растения как главный источник питания, технического сырья, топлива, строительных материалов. Задачей физиологии растений является раскрытие сущности процессов, протекающих в растительном организме, установление их взаимной связи, изменения под влиянием окружающей среды, механизмов их регуляции с целью управления этими процессами для получения большего объема продукции.

В последнее время большое влияние на физиологию растений оказали достижения в области молекулярной биологии, селекции, генетики, клеточной и генной инженерии. Именно благодаря достижениям молекулярной биологии получили новую интерпретацию известные ранее факты о роли фитогормонов в процессах роста и развития растений. Сейчас фитогормонам отводится важнейшая роль в регуляции важнейших физиологических процессов. В связи с этим одной из важнейших задач, стоящих перед физиологией растений, заключается в раскрытии механизма гормональной регуляции.

Изучение на молекулярном уровне внесло много нового в объяснение процессов поступления питательных веществ в растение. Однако. Необходимо сказать, что вопросы поступления и особенно передвижения питательных веществ по растению во многом остаются еще неясными.

За последние годы велики успехи в понимании первичных процессов фотосинтеза, хотя много вопросов требует дальнейшего изучения. Когда полностью будет раскрыт механизм процесса фотосинтеза – тогда осуществиться мечта человечества о воспроизведении этого процесса в искусственной установке.

Таким образом, все более широкое применение принципов, открытых благодаря молекулярно – биологическим исследованиям в изучении процессов на уровне целого растения и растительных сообществ, позволит подойти к управлению ростом, развитием, а следовательно и продуктивностью растительных организмов.

Дата добавления: 2014-01-07