3. Древесная растительность как индикатор различных видов загрязнений окружающей среды

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 тяжелых металлов;

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

• соединения фтора, образующиеся при производстве алюминия и фосфатов;

• фотохимическое загрязнение.

Кроме того, могут причинять вред растительности хлориды, аммиак, окислы азота, пестициды, пыль, этилен, а также комбинации всех этих веществ.

Среди указанных выше загрязняющих веществ наибольшую опасность для растений, произрастающих в черте города, представляют выбросы в атмосферу двуокиси серы, а также углеводороды и окись углерода (А.В. Серинова, 2003).

Таблица 11- Критерии загрязнения атмосферного воздуха по веществам, влияющим на наземную растительность и водные экосистемы

Показатель	Экологические параметры			Время воздействия
	Б	К	Н
критические значения для наземной растительности, мг/м3
диоксид серы	>0,20	0,1...0,2	<0,02	среднегодовое
диоксид азота	>0,30	0,1...0,3	<0,03	--//--//-
фтористый водород	>0,02	0,01...0,02	<0,002...0,003	долговременное воздействие
озон	>1,50 >0,60	1,0...1,5 0,4...0,6	<0,15 <0,06	максимальное в течение 1 часа среднее в течение 1 часа
критическая нагрузка для лесных и водных экосистем, г/м3 в год
соединения серы	>5	3...5	<0,32	--//--//--
соединения азота	>4	2...4	<0,28	--//--//--
ионы водорода	>300	200... 300	<20	--//--//--

Загрязняющие вещества нарушают различные биохимические и физиологические процессы и структурную организацию клеток растений. Повреждения 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 (таблица 12).

Принято различать три степени поражения древесной растительности: острое, хроническое, скрытое.

Острое поражение возникает при воздействии высоких концентраций загрязняющих веществ в течение короткого периода времени вследствие на­рушения обменных процессов и поражения ассимиляционного аппарата. В таких случаях чаще всего появляется суховершинность, некроз листьев или хвои, преждевременное опадение листвы.

Таблица 12- Воздействие загрязняющих веществ на древесную растительность

Вещество	Источник поступления	Характер воздействия
1	2	3
Диоксид серы SO2	Антропогенные источники: сжигание ископаемого топлива; промышленное производство (пре­жде всего - выплавка металлов; эксплуатация автомобилей (выхлопные газы) Естественные источники: вулканические газы; лесные пожары; деятельность бактерий	острое: некротические участки между жилок листа, видимые с обеих сторон, у растений с узкими листьями – на кончиках и по краям; перфорированная форма листа; хроническое: хлороз набухших и тугих листьев, суховершинность
Фтористый водород НF	Отходы химического производства и производств машиностроения	обесцвечивание, некротические признаки на кончике и по краям листьев
Озон О3	Электрические разряды; диффузия из стратосферы; фотохимический смог	мелкие хлоротические пятна (синдром "точечности" или "серебряные пятна" на верхней, либо обеих поверхностях листа; пятна бронзового цвета, у хвойных пород деревьев – хлоротические пятна серебристого, розоватого или красноватого оттенков; ожоги кончиков игл; деформация; усыхание)
Перокси-ацетил-нитрат ПАН	Фотохимический смог	глянцевидные образования, чаще на нижней поверхности листьев серебристого оттенка; некротические образования светло-коричневого света
1	2	3
Хлористые соединения НС1, С1	Хозяйственная деятельность человека; промышленное производство; сжигание топлива	хлорозы; пожелтение краев и других частей листьев; выцветание поверхности листьев
Этилен	Является побочным продуктом процессов горения и некоторых типов промышленных операций	преждевременное сбрасывание листвы; процессы преждевременного старения; прекращение роста хвои и веток
Противо-гололедная соль	Деятельность человека	краевые некрозы; сочетание межжилковых и краевых некрозов; узор наподобие "рыбьего скелета"
Серо-водород H2S	Хозяйственная деятельность человека; продукты нефтеперерабатывающей промышленности	некротичное повреждение листьев; краевые ожоги, у хвойных - ожоги кончиков игл
Двуокись азота NO2	Хозяйственная деятельность человека, эксплуатация автомобилей, деятельность почвенных бактерий	хлоротические и некротические повреждения листьев

Хроническое поражение имеет менее отчетливо выраженные визуальные признаки и характеризуется: нарушением генеративного цикла (отсутствие или скудность плодоношения), снижением прироста, уменьшением морфологических частей (измельчение листьев, цветов). Такой вид поражения наступает в результате длительного воздействия небольших концентра­ций загрязнителей.

Скрытое, или невидимое, поражение возникает при непродолжительном воздействии небольших концентраций загрязнителей. Это никак не отражается на внешнем виде растений, но сопровождается в основном снижением продуктивности. При этом происходит полная внутриклеточная утилизация загрязнителей, включение их в метаболиты с последующим использованием в структурообразовательных процессах. Здесь, в некоторых случаях, возможен даже эффект усиления роста как результат внекорневой подкормки загазованным воздухом.

При продолжающемся воздействии вредных атмосферных примесей на растения скрытая форма повреждения может переходить в хроническую, а хроническая — в острую.

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-зелеными, 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 пораженная некрозом ткань листа становится хрупкой, рвется и выпадает из окружающей ткани, листья приобретают перфорированную форму, что является характерной реакцией острого повреждения двуокисью серы.

Так как хвойные деревья по анатомическому строению отличаются от лиственных пород следует отдельно остановиться на проявлении реакций на SO₂ на иглах. Некоторые морфологические признаки игл (толстая ку­тикула, незначительный объем межклеточного пространства и др.) объяс­няют относительно низкую восприимчивость старых игл к SO₂, которую часто называют "физической резистентностью", подразумевая ограничение поглощения загрязняющих веществ. После острого поражения SO₂ кончи­ки игл выглядят как смоченные водой, однако скоро это переходит в крас­но-коричневый или коричневый верхушечный некроз, который может рас­пространяться до основания игл. Часто между некротической верхушкой и незатронутой зеленой тканью образуется четко выраженная разделительная линия. Окраска поврежденной ткани зависит от возраста игл: чем моложе иглы, тем светлее окраска.

Хроническое повреждение тканей листьев и хвои, объясняемое повы­шением концентрации сульфатов после длительной аккумуляции, приводит к хлорозу, однако листья растений при этом остаются набухшими и тугими и выполняют, хотя и частично, свою функцию. Что касается хвойных дере­вьев, то продолжительный выброс небольшого количества SO2 не вызывает необратимых повреждений клеток игл, но замедляет их рост (Ормрод Д.П.,1988).

Фтористый водород (HF) занимает второе место по фитотоксичности с точки зрения отрицательного влияния на растительность (Хальбваш Г., 1988).

Гудериан с соавторами (1979) относят к симптомам хронического повреждения листьев фтористым водородом — обесцвечивание. Появление некротических признаков на кончике и по краям листьев объясняются этими авторами тем фактом, что элементарный фтор, в отличие от серы, не является основным питательным веществом растений. Фтористый водород проникает в листья в основном через устьица, распро­страняется в межклеточной системе и растворяется в воде клеточных стенок. Далее по путям транспирации фтор поступает в кончик и к краям листа. В этих участках листа концентрация фторидов повышается до уровня, вызы­вающего поражение, а следовательно, и повреждение клеток. Таким образом, некроз кончиков и краев листьев является типичным симптомом поражения лиственных растений фтористым водородом.

Основными фитотоксичными компонентами фотохимического загрязнения атмосферы являются озон (Оз) и пероксиацетилнитрат (ПАН).

По данным М. Трешоу (1988) действие озона вызывает появление раз­нообразных симптомов повреждения листьев растений. Видимые же повре­ждения обычно возникают только на лезеных листьях. Характерными сим­птомами повреждения озоном являются мелкие хлоротические пятна, раз­вивающиеся на верхней поверхности листьев. Эти пятна часто называют симптомом "точечности" или "серебристыми пятнами". Первые симпто­мы повреждения имеют вид изолированных пятен тускло-зеленого цвета; с увеличением числа пораженных клеток пятна увеличиваются в размерах, сливаются, становясь хлоротическими, бесцветными или темными. При вы­сокой степени поражений повреждение может распространяться сквозь лист, таким образом симптомы будут появляться на обеих поверхностях листа. У многих видов древесных растений под действием озона окраска пятен на листьях может постепенно изменяться, и в результате (в основном на верх­ней стороне листа) появляются характерные пятна бронзового цвета. Анало­гичные симптомы характерны и для хвойных, у которых повреждение рас­пространяется от кончиков игл. В начальной стадии повреждения на иглах 1-6-недельного возраста появляются хлоротические пятна серебристых, ро­зоватых или красноватых оттенков. Затем эти поражения развиваются в ожог кончиков игл, что в конце концов ведет к дефолиации и усыханию хвойных деревьев (Шустов С.Б., 1994).

Наиболее характерный признак поражения ПАН — появление глянцевидных образований чаще всего на нижней поверхности листьев. Такие глянцевидные поверхности имеют серебристый оттенок, как при поражении заморозками. Именно поэтому симптомы поражения ПАН ясно отличаются от симптомов поражения озоном, которые выглядят, как было отмечено вы­ше, как некротические точки или пятна, или же имеют вид различных типов некрозов. Иногда при поражении ПАН происходит обесцвечивание нижней поверхности листьев, а не появление глянцевидности. Такие повреждения затем могут развиваться в некротические образования светло-коричневого цвета.

Наряду с озоном и ПАН, в отдельных случаях наносят вред и другие вещества. В их число входит сероводород, хлор, хлористый водород и этилен. Наиболее общими симптомами их действия являются хлорозы, но эти­лен является наиболее опасным для растительности среди вышеупомянутых веществ. Это связано с его способностью стимулировать процессы старения и преждевременного сбрасывания почек, цветков и даже листьев. Он может вызывать разрушение определенных частей растения, искривление и деформацию листьев, хлорозы листовой поверхности (Тейлор К., 1989).

Сероводород (H₂S) мало фитотоксичен. Однако под действием больших концентраций H₂S на листьях большей части лиственных видов могут развиваться некротические повреждения или краевые ожоги, а у хвойных пород деревьев — ожоги кончиков игл. Кроме того, может снижаться рост растений.

Общие симптомы повреждения, появляющиеся под действием хлора и НС1, разнообразны — от краевых некрозов до межжилковых некротических поражений или некротических пятен различного типа. Могут появляться и разнообразные хлоротические симптомы. Высокие концентрации хлора мо­гут стимулировать быстрое образование зон сбрасывания листьев у многих древесных видов, что приводит к сильной, а иногда и полной дефолиации, которая может произойти за несколько часов воздействия (Постхумус А.С., 1988).

Микроэлементы включают большое число элементов, ме­таллов и неметаллов, присутствующих в окружающей среде в небольшом количестве. Только некоторые из них при определенных внешних условиях могут вызывать повреждения растений и таким образом попадать в разряд загрязняющих веществ. Ниже мы рассмотрим действие некоторых микроэлементов на растительность.

Во многих исследованиях микроэлементы рассматриваются не индиви­дуально, а в виде групп. Значительное количество Zn, Cu, Cd и Сr выбра­сывается в окружающую среду в результате промышленной деятельности и, при сжигании твердого топлива. Загрязнение растительности Pb, Cd и Zn в промышленных районах происходит в основном за счет осаждения этих эле­ментов из атмосферы, куда они поступают при эксплуатации автомобилей. Следовательно, к источникам максимального загрязнения микроэлемен­тами можно отнести автотранспорт, а также сжигание различных видов топлива и отходов (Гелашвили Д.Б., 1995). Основными микроэлементами, в этом отношении, являются кадмий, мышьяк, медь и свинец.