Вадим Артамонов - Растения и чистота природной среды

• Название: Растения и чистота природной среды
• Автор: Вадим Артамонов
• Издательство: Наука
• Жанр: Экология
• Год: 1986

В книге рассматриваются основные источники загрязнения окружающей среды, влияние загрязнителей на растения, роль растений в индикации загрязненности окружающей среды, значение растительного мира в очистке атмосферы и гидросферы от токсических примесей, устойчивость растений к фитотоксикантам, некоторые проблемы озеленения территорий.

Для широкого круга читателей.

---

Особой устойчивостью к солям тяжелых металлов обладает тростник обыкновенный. В условиях аквариума он способен выносить без существенного для себя вреда растворы медного купороса, азотнокислой ртути, азотнокислого хрома и сернокислого цинка в концентрации от 100 до 300 мг/л. Растение успешно противостоит солям свинца. Оно росло при концентрации азотнокислого свинца, равной 2 г/л. Тростник обладает способностью извлекать из воды и накапливать в своих тканях более 20 химических элементов.

* * *

Приведенные выше материалы свидетельствуют о важной роли растений в очистке воды от вредных примесей. В настоящее время стоит вопрос о селекции специфических форм растений — деструкторов различных видов загрязнителей водоемов. Микроорганизмы и высшие растения поддерживают гомеостаз многих факторов в биосфере, что обеспечивает ее нормальное функционирование в современных условиях.

Глава 4. Устойчивость растений к фитотоксикантам

Естественная устойчивость

Некоторые растения слабо повреждаются в результате действия вредных примесей атмосферы. Такие растения представляют большой интерес по крайней мере в двух отношениях. Во-первых, эти растения могут быть широко использованы для озеленения территорий, более или менее постоянно подвергающихся воздействию ядовитых веществ. Во-вторых, эти растения весьма ценны для выяснения механизмов резистентности. Знание же механизмов резистентности открывает пути для селекции форм и сортов полезных растений, не повреждаемых вредными веществами.

Под устойчивостью растений к вредным примесям среды обитания следует понимать их способность противостоять действию ядовитых веществ, сохраняя декоративные качества и нормальную продуктивность. К таким растениям относится ряд видов, отмеченных ниже. Следует, однако, иметь в виду, что сведения относительно устойчивости того или иного растения часто противоречивы. В одних условиях растение может быть устойчивым, в других — более или менее повреждаемым. Сильное влияние на устойчивость растений к загрязнителям атмосферы и гидросферы оказывают климатические параметры.

Некоторые исследователи полагают, что растения в процессе эволюции не выработали каких-либо специфических защитных приспособлений к интенсивному загрязнению окружающей среды. Различную чувствительность

растений к газообразным токсикантам они объясняют неоднозначными преадаптационными возможностями отдельных видов, выработанными ранее к другим неблагоприятным факторам среды. Это утверждение справедливо в том отношении, что в современную эпоху происходит загрязнение природной среды чрезвычайно широким спектром химических веществ, со многими из которых растения раньше не сталкивались. Справедливо и то, что некоторые свойства растений определяют их устойчивость не к одному, а к нескольким неблагоприятным факторам среды, что нашло отражение в представлениях о существовании комплексной устойчивости. Вместе с тем следует отметить, что основные загрязнители окружающей среды существовали и в эпоху, предшествующую появлению человека. Рассмотрим несколько примеров.

Сернистый газ поступает в природную среду отнюдь не только в результате человеческой деятельности, но и в ходе вулканических процессов. По подсчетам ученых, вулканы привносят в атмосферу Земли 2–4 млн т двуокиси серы. Это сравнительно немного по отношению к масштабам поступления этого токсиканта в результате человеческой деятельности. Следует, однако, исходить из того, что масштабы вулканической деятельности в прошлые геологические эпохи были иными, в результате чего растения сталкивались, по-видимому, с высокими концентрациями этого соединения.

Сероводород оказывается в природной среде главным образом в силу жизнедеятельности микроорганизмов (сульфатредуцирующих, осуществляющих разложение серосодержащих белков).

Озон появился в атмосфере Земли после того, как первичные автотрофные организмы образовали заметное количество кислорода. Он возник в результате воздействия на кислород жесткого ультрафиолетового излучения.

Окислы азота образуются в ходе восстановления нитратов, процесса, который осуществляет множество растений и микроорганизмов.

Аммиак в огромных количествах синтезируется в почве в результате аммонификации белков и мочевины.

До недавнего времени окись углерода считалась чисто техногенным продуктом. Допускалось, что некоторое количество угарного газа поступает в атмосферу в результате вулканической деятельности и лесных пожаров. Однако в начале 70-х годов было установлено, что существует природный источник окиси углерода, мощность которого довольно значительна. Этот источник пока неясен. Есть данные, указывающие на то, что СО образуется при фотосинтезе в самых различных условиях: в хвойных лесах, при подледном развитии фитопланктона, при культивировании хлореллы и т. д. Другие исследователи полагают, что СО образуется в почве анаэробными микроорганизмами. Некоторое количество СО накапливается в морской воде в результате разложения на свету остатков водорослей и планктона и распада порфириновых пигментов растений: вспышка синтеза угарного газа отмечена во время интенсивного опадения листьев.

Существуют природные источники углеводородов. Метан синтезируется метанобразующими бактериями из углекислого газа и водорода или ацетата. Этилен образуется аэробными грибами, анаэробными микроорганизмами, созревающими плодами, а в незначительных количествах всеми зелеными растениями.

Источником нитрозаминов, оказывающих мутагенное, канцерогенное и тератогенное действие на живые организмы, являются микроорганизмы, которые образуют их как при неполном восстановлении нитратов, так и при нитрификации, останавливающейся на первой фазе вследствие избытка в среде аммония.

Мощный нейротоксин метилртуть является результатом деятельности анаэробных бактерий. Диметиларсин, образующийся в анаэробных условиях под действием грибов, по токсичности не уступает цианидам. Впрочем, синильная кислота сама может синтезироваться микроорганизмами.

С тяжелыми металлами растения широко сталкиваются в местах выхода на поверхность полиметаллических руд.

Изложенного выше достаточно, для того чтобы убедиться в возможности воздействия основных загрязнителей природной среды на растения в сравнительно низких фоновых концентрациях еще задолго до появления человека. В связи с этим у растений могли возникнуть приспособления, повышающие их устойчивость к фитотоксикантам.

Хвойные деревья сильнее повреждаются фитотоксикантами, чем лиственные, которые в результате сбрасывания листвы предохраняют себя от накапливающихся вредных веществ. По этой причине листопадные растения более устойчивы но сравнению с вечнозелеными. Вечнозеленые растения наиболее чувствительны к окислам азота (жимолость вечнозеленая), аммиаку (плющ, традесканция гвианская) и сернистому газу (бересклет японский, традесканция гвианская).

Хотя хвойные породы и являются менее устойчивыми по отношению к фитотоксикантам, однако среди этой группы имеются существенные различия. По чувствительности к сернистому газу хвойные можно расположить в следующем порядке по мере повышения газоустойчивости: лиственница сибирская, сосна обыкновенная, ель обыкновенная. Однако и среди лиственниц наблюдается неодинаковое отношение к двуокиси серы. Наиболее устойчива к ней лиственница японская. Исследователи связывают это с тем, что указанное растение произрастает вблизи вулканов, выбрасывающих вредные газы, в том числе и двуокись серы. В опытах, проведенных в ГДР, гибридные сеянцы, полученные от скрещивания лиственницы европейской с лиственницей японской, оказались более устойчивыми к сернистому газу, чем сеянцы от внутривидового скрещивания лиственницы европейской. Из вышеизложенного прежде всего следует, что загрязнители природной среды неантропогенного происхождения могли способствовать выработке в ходе эволюции свойств, предопределивших устойчивость растений к аналогичным загрязнителям антропогенного происхождения. Устойчивость некоторых растений к отдельным фитотоксикантам, возникшая в ходе эволюции, носит наследственный характер.

Как мы уже отмечали, у большинства растений под влиянием сернистого газа происходит снижение интенсивности фотосинтеза. Однако у некоторых растений (дерен белый, клен ясенелистный, сирень обыкновенная, снежноягодник, тополь канадский) интенсивность фотосинтеза приходит к норме после обработки сернистым газом. Такие растения, по мнению П. П. Чуваева, Ю. З. Кулагина, Н. В. Гетко (1973), способны переносить более высокие дозы токсикантов в атмосфере, чем другие виды.

Как известно, растения обладают способностью осуществлять процесс фотосинтеза различными путями. В зависимости от этого они разделены на две группы: С3= и С4= растения. Оказалось, что представители этих групп по-разному реагируют на присутствие в среде сернистого газа. С4= растения поглощают в полтора раза меньше двуокиси серы, чем С3= растения. Это связано с тем, что С4= растения в присутствии фитотоксиканта закрывают устьичные щели, а С3-растения их расширяют. Поскольку