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.

---

Кислотные дожди вызывают порчу памятников архитектуры, зданий и сооружений. Этот процесс имеет значение не только для Скандинавских стран. Кислотные дожди разрушают ценнейшие памятники Древней Греции и Рима. Правительство Индии распорядилось вынести подальше от Тадж-Махала все заводы, выбрасывающие сернистый газ, крайне опасный для этого шедевра индийской архитектуры времен Великих Моголов.

Взаимодействуя с почвой, осадки вызывают ее подкисление. Это приводит к гибели почвенных микроорганизмов, например азотфиксирующих бактерий. Из-за понижения активности почвенных микроорганизмов в хвойных лесах скапливается неразложившаяся хвоя. Почва становится уплотненной, она с трудом пропускает влагу. В результате прямого и косвенного воздействия кислоты снижают продуктивность растений. Для ликвидации кислотности почвенного раствора приходится вносить в почву известь, что требует немалых средств. Но дело не только в этом. Кислый почвенный раствор способствует переводу труднорастворимых солей металлов в форму, доступную для растений. В силу этого растения, стоящие в самом начале цепей питания, накапливают токсичные для всего живого концентрации металлов, например кадмия.

Попадая в водоемы, кислоты приводят к их загрязнению. По данным специалистов, из 85 тыс. озер, насчитывающихся в Швеции, 18 тыс. в той или иной степени подверглись воздействию кислотных дождей. Норвежские ученые, посетившие в 1979 г. Великобританию, обнаружили недопустимо высокую концентрацию кислот в пробах воды, взятой в 72 озерах и 40 источниках с проточной водой в районах Галловей и Каррик, в 15 водоемах к северу от Глазго, в озерах и реках нагорных областей Уэльса и, наконец, в 11 водоемах знаменитого озерного края на севере Англии.

Подкисление водоемов приводит к отмиранию населяющих их организмов. При pH 4,5 гибнут рыбы, лягушки и многие насекомые, обитающие на дне водоемов. Весьма существенно, что при подкислении воды резко возрастает токсичность металлов: алюминия, ртути, свинца, кадмия, бериллия, никеля и др. Чем выше кислотность воды в водоеме, тем больше водные организмы, например рыбы, накапливают ртути. Для предотвращения подкисления водоемов в них, как и в случае подкисления почвы, вносится известь. Таким путем удается поддерживать жизнь в некоторых водоемах Швеции.

Кислотные дожди, приносимые ветром со стороны США, наносят непоправимый ущерб флоре и фауне Канады. Вашингтон, стремясь уменьшить зависимость своей страны от импорта нефти, стимулировал перевод электростанций и заводов на уголь. В результате этих мер выброс только двуокиси серы увеличился на 800 тыс. т в год.

Наряду с азотной и сернистой кислотами в атмосфере, как уже отмечалось, может быть серная кислота, которая попадает туда при работе некоторых предприятий. Она также оказывает сильное влияние на растения. Показано, что опрыскивание раствором серной кислоты (концентрация 1 и 10 %) растений, выращенных в теплице, приводит к возникновению сильно выраженных некротических пятен на листьях. В других экспериментах установлено, что при pH 3 серная кислота полностью подавляет прорастание пыльцы лесных пород. При этом пыльца лиственных пород оказалась более чувствительной к подкислению, чем пыльца хвойных деревьев.

Озон

Озон широко применяется для дезинфекции и дезодорации дурнопахнущих газов и жидкостей, очистки промышленных стоков, отбеливания тканей. Он используется во многих технологических процессах, в частности в органическом синтезе различных жирных кислот, эпоксидных смол. Его употребляют для обеззараживания питьевой воды.

Озонированный воздух отличается особой чистотой и свежестью, но только в том случае, когда соблюдается определенная его концентрация. В высоких дозах он токсичен для живых организмов. Для человека вредной считается концентрация озона 0,2–0,3 мг/м3.

Загрязненность воздуха озоном характерна, например, для Лондона. В начале мая 1978 г. контрольная станция Большого Лондонского совета зарегистрировала резкое возрастание его содержания в воздухе: 18 частей на 1 млн. Для сравнения укажем, что естественный фон озона в воздухе Южной Англии составляет 2–4 части на 1 млн частей воздуха. Всемирная организация здравоохранения считает пределом 6 частей на 1 млн. Таким образом, содержание озона в воздухе Лондона в три раза превысило допустимые нормы.

Озон является одним из важнейших компонентов лос-анджелесского фотохимического смога, который просматривается космонавтами с расстояния многих тысяч километров как грязное пятно на планете. Смог лос-анджелесского типа образуется в результате фотохимических реакций, в которых участвуют главным образом окислы азота и углеводороды, содержащиеся в выхлопных газах автомобилей. В состав его помимо озона входят окислы азота, пероксиацетилнитрат, многочисленные органические вещества перекисной природы, называемые в совокупности фотооксидантами. Он обычен для крупных промышленных центров США, Японии и других индустриально развитых стран. Содержание озона — одного из главнейших компонентов фотохимического смога — возросло в окрестностях Лос-Анджелеса за последние 50 лет в 50 раз.

Наиболее чувствительными по отношению к озону растениями являются виноград, цитрусовые, табак, шпинат, редис, фасоль сорта Пинто, картофель, томаты, люцерна. Повреждение виноградников озоном сопровождается возникновением темно-коричневых пятен на верхней стороне взрослых листьев. В районе Великих озер (США), где концентрация озона в воздухе составляет 0,2 мг/м3, листья винограда теряют зеленую окраску и преждевременно опадают. Более старые листья повреждаются озоном сильнее, чем молодые. У клевера под влиянием повышенной дозы этого фитотоксиканта листовая поверхность сокращается на 50 %, а у райграса — на 35 %.

Повреждение ассимиляционного аппарата проявляется в виде постепенного изменения окраски. Сначала листья становятся серебристыми и глянцевитыми, затем хлоротичными с некротическими участками. Кончики листьев обесцвечиваются и становятся белыми. Изучение поврежденных листьев винограда и петунии выявило общую закономерность: озон оказывает преимущественное влияние на столбчатую паренхиму листьев. Первым симптомом внутриклеточного повреждения было разрушение хлоропластов и их скопление в общую гомогенную массу. У сои под влиянием озона мембраны хлоропластов, а также эндоплазматического ретикулума и митохондрий обнаруживают большее сродство к красителям, нежели мембраны неповрежденных растений.

Эти нарушения в структуре хлоропластов сказываются на интенсивности процесса фотосинтеза. Скорость ассимиляции существенно снижалась у подсолнечника после обработки его озоном. Исследователями показано, что самые первые нарушения фотосинтетического аппарата листьев гороха, находящегося в атмосфере озона, приводят к блокированию реакций фотосинтетического фосфорилирования и торможения электронного транспорта. Позднее отмечались нарушения в пигмент-белковом комплексе.

Японские исследователи пришли к заключению, что озон влияет не только на фотосинтез, но и на распределение ассимилятов. По мнению большинства ученых, первичными мишенями при воздействии на растения озона являются мембраны, проницаемость которых под влиянием фитотоксиканта резко нарушается. Действительно, обработка петунии озоном приводит к значительному ускорению выхода из клеток электролитов. Этот эффект исследователи рассматривают в качестве наиболее чувствительного показателя влияния озона на растения. Скорость выхода ионов калия и других электролитов, по их мнению, может служить в качестве количественного теста для определения чувствительности растений к озону.

Изменения свойств мембран выявились и в экспериментах по обработке озоном мембран микросом, выделенных из семядолей фасоли. По данным рентгеноструктурного анализа, эта обработка приводит к переходу от жидкокристаллической к гелевой структуре мембран микросом.

Озон оказывает влияние на дыхание. Так, например, при некоторых концентрациях этого токсиканта воздействие его в течение 120 минут приводит к ослаблению дыхания подопытных растений на 60 %.

Результатом всех этих изменений является ослабление темпов роста и снижение урожайности сельскохозяйственных культур. Потери урожая картофеля под действием некоторых концентраций озона могут достигать 50 %, а люцерны — 33–42 %. У декоративного растения петунии фитотоксикант вызывает уменьшение диаметра и сырого веса цветков, причем токсичность действия этого газа возрастает по мере увеличения экспозиции.

Фтор и его соединения

Фтор выбрасывается алюминиевыми и криолитовыми заводами, предприятиями, производящими фосфорные удобрения, эмалевые и керамические изделия. Из дымовых труб и фабричных установок этот элемент выходит в основном в виде фтористого водорода и четырехфтористого кремния, а также в форме пылевых частиц фторида натрия и калия.