АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР - Изучение влияния загрязняющих веществ на лиственные деревья, используемые в зеленых насаждениях г. Славянска-на-Кубани

Атмосфера обладает мощной способностью к самоочищению от загрязняющих веществ. Движение воздуха приводит к рассеиванию примесей. Пылевые частицы выпадают из воздуха на земную поверхность под действием силы тяжести и дождевых потоков. Многие газы растворяются во влаге облаков и с дождями также достигают почвы. Под воздействием солнечного света в атмосфере погибают болезнетворные микроорганизмы. Но в настоящее время объем ежегодно выбрасываемых в атмосферу вредных веществ резко возрос, составляет многие миллионы тонн и превышает пределы способности атмосферы к самоочищению [Кузьмичев, 1985].

Загрязнения любого масштаба по многочисленным цепям природных связей переходит из одной среды в другую. На этом пути первым оказываются автотрофные организмы - растения [Крючков, 1991].

Газы, пыль, содержащие различные компоненты, легко проникают в ткани растения через устьица и могут непосредственно влиять на обмен веществ в клетках, вступая в химические взаимодействия на уровне клеточных стенок и мембран [Крючков, 1991].

Пыль, оседая на поверхности листьев, затрудняет поглощение света, нарушает водный обмен. Под действием загрязняющих веществ происходит подавление фотосинтеза, нарушение водообмена, многих биохимических процессов, снижение транспирации, общее угнетение роста и развития растений. Это приводит к изменению окраски листьев, некрозу, опадению листьев, изменению формы роста и т. д. [Воскресенская, 2005].

Ослабленные деревья становятся чувствительнее к резким колебаниям температуры, подвергаются болезням, на них нападают вредители [Петросян, 2001].

Так, огромный вред наносят эмиссии соединений серы, обладающие наибольшей токсичностью и разносторонностью воздействия на растения и экосистемы [Кулагин, 1974; Илькун, 1978; Николаевский, 1979; Загрязнение воздуха ... , 1988; Сергейчик, 1990].

Первичное воздействие они оказывают, проникая через устьица в ткани листьев, где превращаются в высокотоксичный сульфит серы, затем - медленно - в менее токсичный ее сульфат; вторичный эффект вызывает кислотные дожди и накопление токсикантов в почве и грунтовых водах [Габукова, Ильикова, 1992].

Попадая в почву, они переводят нерастворимые соединения алюминия и некоторых тяжелых металлов в растворимую форму, что способствует их попаданию в ткани растений и отравлению через почву [Небел, 1993].

При этом соединения магния, калия и кальция вымываются из почвы, в результате чего растения не получают эти вещества в достаточном количестве и листья желтеют. Ослабленные деревья становятся чувствительнее к резким колебаниям температуры, подвергаются болезням, на них нападают вредители [Петросян, 2001].

Наиболее распространенными и токсичными, кроме соединений серы и фтора, считаются в настоящее время: хлор, аммиак, окислы азота, окись углерода, фенол, уксусная кислота, хлористый водород, озон [Культиасов, 1982; Писаренко, 2000].

Сравнительно легкие по молекулярной массе газообразные поллютанты переносятся потоками воздуха на значительные расстояния от источников выбросов. Так, в 1989 г. отмечено повреждение более чем половины западногерманских лесов, и связь этого процесса с воздушными поллютантами не вызывает сомнения [Браун, Флейвин, 1989].

Для Западной Европы отмечены следующие стадии развития повреждений леса под действием промышленных эмиссий:

    1) на малых площадях вокруг известного источника загрязнения; 2) повреждение более крупных лесных массивов вокруг промышленных центров и их сочетаний; 3) проявление фонового загрязнения воздуха и почвы на больших площадях [Кузьмичев, 1985].

Наиболее многочисленные исследования повреждения лесов проводились вокруг конкретных источников загрязнения атмосферы [Кузьмичев, 1985].

При этом исследователи отмечали, что степень повреждения лесов в условиях локального загрязнения зависит от многих факторов: объема промышленных выбросов, их химического состава; времени существования предприятия, характера почвенно-растительного покрова, рельефа, климата [Крючков, 1991; Беляева, Николаевский, 1990].

Несмотря на то, что у лиственных пород происходит ежегодная смена ассимиляционного аппарата, и роль прямого воздействия загрязнения воздуха не является значительной, повышенное накопление фосфора и азота в опадающих листьях приводит к обогащению лесной подстилки биогенными элементами. Так, атмосферные выбросы химических заводов подобного профиля вносят значительные изменения в процессы минерального обмена древесных растений, что, в свою очередь, ведет к нарушению круговорота химических элементов в лесных биогеоценозах [Гутман, 1990].

К. Э. Армолайтис с соавторами [1989] обнаружили, что интенсивное отрицательное воздействие выбросов заводов, производящих азотные удобрения, прослеживается по направлению господствующих ветров на хвойных породах в зоне до 10 - 14 км, а на лиственных - до 3 - 5 км.

Накопление различных элементов в листьях древесных растений в условиях промышленного загрязнения воздуха отмечается целым рядом исследователей [Смит, 1985; Волкова, 1990; Габукова, Ильикова, 1992;Скрипальщикова, 1995].

Также отмечается редукция тилакоидов гран, просветление пластоглобул и появление липидоподобного материала в цитоплазме, разбухание и скручивание тилакоидов [Soikkeli, 1981; Kravkina, Miroslanov, 1993].

Индексы состояния насаждений, находящихся под воздействием аэротехногенного загрязнения, во многом зависят от силы этого воздействия. Изучая состояние насаждений, исследователи выделяют различные зоны их повреждения на основе изменения индекса состояния, особенностей роста древостоев, распределения деревьев по категориям жизнестойкости и превышения ПДК отдельных ингредиентов промышленных выбросов в воздухе [Глаголев, Кулаков, 1996].

В. А. Глаголев и Г. М. Кулаков [1996] отмечают, что количество выделяемых зон загрязненности может быть различным и варьирует, в зависимости от детализации, от 3 до 5 и более. В. А. Алексеев [1990] выделяет пять классов лесных экосистем (из них четыре - зоны техногенного воздействия): I - ненарушенных атмосферным загрязнением; II - начально поврежденных; III - поврежденных; IV - сильно поврежденных; V - полностью разрушенных.

Стравинскене В. П. [1987] предложила при подборе ассортимента лиственных пород, устойчивых к загрязнению среды, определять реакцию древостоев различного состава на такое антропогенное воздействие, выражающуюся в изменении годичного радиального прироста. По этому показателю изученные ею породы расположились в порядке убывания устойчивости следующим образом: тополь канадский, ольха черная, ольха серая, дуб обыкновенный, ясень обыкновенный, осина, береза повислая. Наиболее устойчивым к загрязнению среды оказался тополь канадский. Дуб занимает в этом ряду промежуточное положение.

Различное действие вредных веществ на растительность сделало необходимым дифференцировать признаки повреждений растений (листьев) токсическими веществами. Различают следующие признаки повреждений [Илькун, 1971]:

    - скрытые - происходят под непродолжительным влиянием низких концентраций поллютантов. Они затрагивают физиолого-биохимические процессы и анатомические структуры клеток листьев растений. Визуально такие повреждения отмечаются по снижению продуктивности, интенсивности и продолжительности роста, а за более короткий срок по снижению продуктивности и продуктивности фотосинтеза; - хронические - происходят при постоянном или периодическом проникновении в листья и другие органы растений небольших доз газа или растворов токсических веществ. Вследствие этого визуально различимые симптомы поражения листьев и других органов выражены слабо в виде уменьшения количества и размеров листьев, сокращения прироста побегов, появление во второй половине вегетационного периода краевого и верхушечного некрозов на листовых пластинках, преждевременного листопада, сокращения плодоношения или формирование нежизненных семян; - острые - происходят при кратковременном действии на растения высокой повреждающей концентрации токсических газов, или средней, но продолжительное время. Результатом этого являются необратимые нарушения ассимиляционных тканей, приводящие к их гибели. Эти нарушения отчетливо различимы визуально по появлению хлороза или побурению отдельных участков листа, снижению его тургоресцентности, пониканию и опадению [Илькун, 1971].

Проникающие в покровные и внутренние ткани листьев, загрязняющие вещества первоначально скрыто или слабо нарушают их функции и структуру. Но при накоплении поллютантов в клетках выше определенного уровня происходят необратимые патологические изменения. Это проявляется в нарушении процессов обмена веществ и энергии на разных уровнях организации: молекулярном, субклеточных органелл, клеток, тканей, органов и целого организма [Илькун, 1971].

По реакции пигментного комплекса, изменению кислотности листовой пластинки, активности окислительных ферментов, водного режима и степени повреждения листовой пластинки изучена устойчивость ряда древесных растений Западной Сибири к токсическим веществам - сернистому газу, углеводородам и саже. Данные исследования могут применяться при озеленении санитарно-защитных зон предприятий [Еремеева, 2011].

Характер проявления морфологических и ультраструктурных нарушений в тканях и клетках листа, вызываемых атмосферными загрязнителями, зависит от многих факторов, важнейшими среди которых являются:

    - токсичность действующего вещества для данного организма; - скорость и объем поступления его во внутренние ткани; - подвижность и место локализации вещества в пределах листовой пластинки [Илькун, 1971].

В естественных условиях химический состав, концентрация и продолжительность поступления вредных веществ из воздуха в листья изменчивы и растянуты во времени, поэтому последовательность нарушения структуры тканей листа в этих условиях такова: кутикула, клетки эпидермиса и устьиц губчатой паренхимы флоэмы, столбчатой паренхимы и ксилемы. При открытых устьицах одновременно поражаются клетки губчатой паренхимы, устьиц и нижнего эпидермиса [Илькун, 1978].

Нарушение структуры ассимиляционных органов лиственных и хвойных пород показывают однотипность в последовательности и глубине повреждения растительных тканей [Илькун, 1978].

В условиях сильной загазованности воздуха у листьев растений происходит нарушение регуляторной деятельности замыкающих клеток устьиц, вследствие чего изменяется степень их открытости и, соответственно, интенсивность транспирации [Волкова, 1993].

Под действием избыточных количеств соединений тяжелых металлов также происходит нарушение строения и разрушение тканей и клеток растений [Слепен, 1978].

Химическое загрязнение вызывает замедление или продление числа делений клеток, изменение числа делящихся клеток, задержку или ускорение дифференциации проводящих элементов и связанного с этими явлениями процесса одревеснения их оболочек [Школьник, Смирнов, 1976].

Листья растений с визуально наблюдаемыми признаками повреждений содержат большее количество тяжелых металлов, чем здоровые [Спарлыгина-Уфимцева, 1980].

Похожие статьи




АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР - Изучение влияния загрязняющих веществ на лиственные деревья, используемые в зеленых насаждениях г. Славянска-на-Кубани

Предыдущая | Следующая