9.2. Влияние техногенного загрязнения на состояние растительности

Влияние загрязнителей атмосферы на растения. Загрязненный атмосферный воздух является опасным экологическим фактором, который негативно влияет на растения, животные, состояние здоровья человека.

Растения особенно чувствительны к загрязнению атмосферного воздуха в связи с автотрофным характером метаболизма (осуществление фотосинтеза). Следы действия загрязненного воздуха на растения прослеживаются в радиусе десятков и сотен километров от промышленных объектов. Под влиянием газообразных токсичных промышленных отходов возникают различные повреждения органов растений, нарушается структура фитоценозов вследствие гибели газочувствительных видов растений. На территории лесных массивов, подверженных промышленному загрязнению, резко снижается бонитет и полнота насаждений, снижается прирост деревьев в высоту и по диаметру.

Различают 2 группы повреждений растений токсическим газами – видимые и скрытые. Видимые признаки повреждений – это изменение окраски листьев (пожелтение (хлороз) вследствие разрушения хлорофилла, побеление, побурение, покраснение), отмирание части или всей листовой пластинки (некроз), побурение и опадение хвои и листьев, деформация листьев, преждевременный листопад, уменьшение прироста побегов, образование уродливых выростов и «ведьминых метел», суховершинность крон, депрессия роста и полная гибель растений. Скрытые повреждения проявляются в нарушении физиологических процессов жизнедеятельности и снижении продуктивности в результате падения интенсивности фотосинтеза, нарушения деятельности ферментных систем, изменения обмена веществ (метаболизма), накопления токсических веществ в клетках и тканях, ускорения старения, увеличения восприимчивости к болезням и вредителям.

В условиях постоянного или длительного воздействия двуокиси серы (SO₂) в концентрации 1мг /м³ лиственные породы проявляют относительную толерантность к данному газу, тогда как хвойные породы сильно повреждаются и усыхают. Сосну обыкновенную принято считать биоиндикатором загрязнения воздуха SO₂ из-за ее сильной повреждаемости. При периодических кратковременных воздействиях SO₂ в концентрации 30-50мг/м³ гибнет листва всех пород.

Установлено, что газы можно расположить в следующий ряд по мере убывания их токсичности для растений: фтор, хлор, двуокись серы, оксид азота, окись углерода, двуокись углерода. Эффект токсического действия загрязнителей атмосферы на растения может варьировать в широких пределах в зависимости от химического состава, концентрации и продолжительности действия загрязнителя, вида растения, стадии их развития и влияния сопутствующих климатических условий среды.

Болезни и усыхание лесов наблюдались в 1841 г. в районе Рура (Германия). Немецкий лесовод Штекгард в 1871 г. установил, что причиной повреждения лесов является серная кислота, которая образуется при соединении сернистого ангидрида, выбрасываемого в атмосферу при сжигании и добыче каменного угля, с атмосферной водой, и разрушает зеленые ткани растений. Термин «кислотные дожди» впервые применил в 1872 г. английский химик Смит, изучавший влияние токсических выбросов предприятий в окрестностях г. Манчестера.

«Кислыми» считаются осадки в виде дождя или снега при рН<5,6. Нейтральная вода имеет рН 7,0. В чистой атмосфере, не содержащей загрязняющих примесей, осадки подкисляются углекислотой, образующейся из двуокиси углерода (СО₂). При этом рН = 5,6-6,0. Однако в настоящее время загрязнение атмосферы промышленными газами привело к подкислению осадков. В осадках, выпадающих над территориями Северной и Центральной Европы, над северо-востоком Соединенных Штатов Америки, а также над прилегающими районами Канады, рН обычно находится в пределах 3,0-5,5. Зарегистрированы случаи выпадения ливней с рН 2,0-3,0, вызвавшие сильные повреждения растительности. В подкислении осадков значительную роль играют диоксид серы (SO₂) и диоксид азота (NO₂), выделяемые в атмосферу промышленными объектами. Окисление данных соединений приводит к образованию серной и азотной кислот. Анализ более 1500 проб осадков со средним значением рН 4,0, взятых в штатах Нью-Йорк и Нью-Гемпшир, показал, что в 80-100% случаев низкая величина рН была обусловлена подкислением осадков серной и азотной кислотами.

Проблемы техногенного воздействия на леса особенно обострились в последние десятилетия, что связано с региональным и глобальным техногенным загрязнением биосферы. Так, за последние годы в странах Центральной и Западной Европы произошло значительное ухудшение состояния лесов на площади 6 млн. га.

Концентрация промышленного производства привела к созданию специфических условий для произрастания растений на больших площадях, охватывающих целые географические области: Рейнско-Вестфальская в Германии, Савойя – Мариенны во Франции, Рудные горы в Германии, Чехии и Словакии. Зона влияния токсических промышленных выбросов в атмосферу на растения в настоящее время значительно расширилась. Только в Польше площадь лесных земель, подверженных влиянию загрязняющих атмосферу веществ, превышает 40 тыс. га. Для большинства районов Рурской области Германии с концентрацией SO₂ более 1 мг/м³ характерно отсутствие или отмирание сосновых насаждений. Из лесов центральной части Верхнесилезского района исчезла пихта как порода наиболее газочувствите6льная. Отмечены факты гибели лесов в окрестностях медеплавильных заводов Японии, полного уничтожения деревьев всех видов под влиянием двуокиси серы на расстоянии 8-13 км от металлургического завода в Анаконде (США). Ценные древостои псевдотсуги тиссолистной и сосны желтой повреждались на 60-100% в радиусе 82 км токсичными газообразными отходами металлургического завода в Британской Колумбии. Даже через 2 года после введения в действие эффективных очистных устройств 80% уцелевших сосен не имели шишек. В горах Сан-Бернардино и Сан-Хасинто на юге Калифорнии тысячи желтых сосен были погублены озоном, занесенным ветром из Лос-Анджелеса. Подсчитано, что 84% из 64 тыс. га древостоев в Национальном лесу Сан-Бернардино имеют средние и сильные повреждения органов ассимиляционных органов токсическими газами. С 1970 г. смог ежегодно уничтожает около 3% желтых сосен. Фитопатолог Лесного управления США Мюллер обнаружил, что смог вызывает депрессию фотосинтеза у сосен. При содержании смога в воздухе 0,25 мкл/л фотосинтез снижался на 66%. В насаждениях Западной Европы, подверженных влиянию двуокиси серы, ели дают много пустых и бесформенных семян.

Вредные выбросы в атмосферу промышленных предприятий СНГ (в том числе Беларуси) отрицательно влияют на состояние лесов. Сложная экологическая обстановка сложилась в зоне влияния Мончегорского металлургического комбината «Североникель», в которую подпадает территория Лапландского государственного заповедника. На десятки километров от Мончегорска до Чуноозерской усадьбы заповедника тянется мертвая зона, пораженная отходами комбината. В 30 км от него концентрация SO₂ превышает фоновую в 6 раз. В наиболее чистом районе заповедника на 1 км² выпадает около 10 кг меди и никеля (вдвое больше фона), что приводит к накоплению их растениями. На расстоянии 10-15 км от комбината в бруснике и морошке накапливается до 0,5 мг никеля на 1 кг продукта.

Среди хвойных пород наибольшей чувствительностью к газообразным загрязнителям атмосферы отличается сосна обыкновенная. Минимальная концентрация SO₂ в воздухе, вызывающая скрытые физиолого-биохимические повреждения сосны, составляет 0,02 мг/м³. Данная доза определена как максимальная среднесуточная норма загрязнения воздуха для растений. Легкие хронические повреждения растительных клеток наблюдаются при среднегодовой концентрации двуокиси серы 10-30 мкг/м³, средние (в зависимости от богатства почв) – при 20-40 мкг/м³, сильные и очень сильные – при 70 мкг/м³ и выше.

Выделены 4 зоны повреждения хвойных лесов Беларуси двуокисью серы:

1. Зона полного поражения. Концентрация SO₂ 0,065-0,085 мг/м³. В этой зоне сохраняются только фрагменты растительных группировок в очень неудовлетворительном состоянии, однолетняя хвоя расположена лишь на концах ветвей и имеет хлорозный оттенок.

2. Зона сильного поражения. Концентрация SO₂ 0,035-0,065 мг/м³. Живые деревья равномерно распределены по всей площади. Насаждения сильно деградированы. Большой процент погибших (40-50%), усыхающих и суховершинных (20%) деревьев. Кроны изрежены.

3. Зона среднего поражения. Концентрация SO₂ 0,025-0,035 мг/м³. Насаждения изрежены и угнетены. Деревья имеют сквозистую крону, но сухостойных и суховершинных деревьев не более 10-15%. Деревьев без внешних признаков повреждения 60-70%.

4. Зона слабого поражения. Концентрация SO₂ менее 0,025 мг/м³. Насаждения по внешним признакам не отличаются от здоровых.

Падение прироста фитомассы деревьев в зоне полного поражения более 80%, сильного поражения – 70-80%, среднего – 40-50%, слабого – менее 20-30%.

Усыхание и деградация лесов происходит не только от прямого воздействия диоксида серы и диоксида азота на листья и хвою растений, но и опосредованно – через подкисление почвы, отрицательно влияющее на мелкие корни деревьев и прорастание семян. Кислотные дожди снижают насыщенность почвы основаниями, способствуют выносу ионов кальция (Са²⁺) и магния (Mg²⁺) и повышению концентрации ионов алюминия (Al³⁺) и водорода (Н⁺), негативно влияющих на жизнедеятельность корней.

Немецкие ученые установили, что за 8 лет даже на глубине 60 см соотношение Ca/Al понизилось на 50%.Работы, проведенные в Чехии и Словакии, показали, что в результате выпадения кислотных дождей рН почвы в ельниках изменился от 3,2-6,2 до 2,2-4,4. По данным шведских ученых, за последние 60 лет содержание кислоты в почвах увеличилось почти в 10 раз, а рН почвы понизился на 0,7-1,2 единицы. При этом насыщенность почвы основаниями уменьшилась на 50%, а количество подвижного алюминия возросло. Исследования, проводимые на протяжении 20 лет в Швеции, свидетельствуют о ежегодном снижении прироста древесины на 0,3% в районах, подверженных выпадению атмосферных осадков, содержащих серную кислоту (Н₂SO₄). В целом в Европе зарегистрировано уменьшение прироста лесов на 4-13 % под влиянием атмосферных загрязнений, что приводит к потере около 4,5 млн. м³ древесины в год. Свыше 1 млн. га лесов в Европе несут значительные потери от кислотных дождей. Поступление кислот в лесные экосистемы этого региона превысило естественный уровень более чем в 100 раз.

В ХХ-XХI вв. загрязненный атмосферный воздух стал серьезным экологическим фактором, который непосредственно влияет на морфогенез и метаболизм растений, их генотип и, в конечном итоге, генофонд популяций,

или влияет опосредовано (через почву, осадки).

Газообразные загрязнители проникают в растение главным образом через устьица. Поглощенные токсические вещества растворяются в пленочной воде оболочек клеток мезофилла и в виде ионов кислот и других ионов проникают через липопротеидные мембраны внутрь клеток. Большинство кислых газов аккумулируется в хлоропластах, где они вызывают депрессию или полное прекращение фотосинтеза, разрушение структур.

Механизм действия кислых газов на растения заключается в нарушении обмена веществ, фундаментальных процессов фотосинтеза и дыхания, водного режима, деятельности многих ферментов вследствие подкисления клеточного сока и цитоплазмы. Под влиянием газообразных токсикантов нарушается катионно-анионный баланс клеток растений, синтез органических соединений, макроэргических веществ (АТФ), накапливаются балластные токсические продукты, разрушаются фотосинтетические структуры, повреждаются электронно-транспортные пути миграции энергии от фотосинтетических пигментов к центрам их использования, уменьшается эффективность использования световой энергии для восстановительных процессов, возникают автокаталитические цепные реакции свободно-радикального и фотодинамического окисления.

В зарубежных странах в целях унификации допустимых норм загрязнения воздуха сформулировано новое их понятие – «критические уровни». Это такие концентрации загрязняющих веществ, выше которых могут начаться прямые отрицательные воздействия на растения. Для SO₂ - наиболее опасного и распространенного загрязнителя воздушной среды установлены следующие ранги критических уровней: 1 – физиологический (по нарушению физиологических функций - среднегодовая концентрация SO₂ 20 мкг/м³); 2 – ростовой (по нарушению роста – среднегодовая концентрация SO₂ 30 мкг/м³); 3 – продуктивный (по снижению прироста или урожайности – среднегодовая концентрация SO₂ > 30 мкг/м³).

В нашей стране установлены предельно допустимые концентрации (ПДК) для 160 веществ и 35 комбинаций атмосферных загрязнителей. На основе санитарно-гигиенических ПДК рассчитывают предельно допустимые выбросы (ПДВ) предприятий. Расчет основан на положении, что загрязнение воздуха в любой точке распространения газов предприятий не должно превышать установленных санитарно-гигиенических ПДК. Однако при этом не учитывается более высокая чувствительность растений и лесных экосистем к токсическим промышленным газам. Это привело к тому, что даже при соблюдении ПДК и ПДВ вокруг промышленных предприятий и в условиях урбанизированной среды повреждаются и гибнут растения, прогрессируют процессы эрозии почв.

Развитие экологической ситуации на планете Земля в последние 30-40 лет показало, что санитарно-гигиенические ПДК вредных газов недостаточны для обеспечения безопасного функционирования растительности и в большинстве случаев для растений велики, поэтому в 1984 г. были разработаны временные нормативы ПДК для лесов и растений (ПДК-Л), основанные на учете величины подавления фотосинтеза у растений в загрязненной вредными газами атмосфере (табл. 6).

Таблица 6

Нормативы предельно допустимой концентрации вредных веществ в атмосферном воздухе (мг/м³) – санитарные (ПДК – С) и для лесов и растений (ПДК-Л)

Загрязнители атмосферы	ПДК - С		ПДК – Л (% от ПДК – С)
	Максимально разовые (ПДК – С мр)	Среднесуточные (ПДК – С с)	Максимально разовые (ПДК – Л мр)	Среднесуточные (ПДК –Л с)
Диоксид азота	0,085	0,04	0,04/47	0,02/50
Сернистый ангидрид	0,5	0,05	0,3/60	0,015/30
Аммиак	0,2	0,04	0,1/50	0,04/100
Взвешенные вещества (пыль)	0,5	0,15	0,2/40	0,05/33
Пары серной кислоты	0,3	0,10	0,1/33	0,03/30
Соединения фтора (газообразного)	0,02	0,005	0,02/57	0,003/60
Формальдегид	0,035	0,003	0,02/57	0,003/100
Хлор	0,10	0,06	0,025/25	0,015/30

ПДК для лесов и растений по наиболее распространенным и опасным ингредиентам загрязнения воздуха гораздо меньше соответствующих санитарно-гигиенических ПДК и составляют 30-100% от их значений. В то же время известно, что средняя концентрация основных техногенных атмосферных загрязнителей (диоксид серы, диоксид азота, фтористый водород, хлор, формальдегид, пыль и др.) в городах СНГ превышает ПДК – Л в 2-33 раза. Отсюда становится понятной причина столь неудовлетворительного состояния зеленых насаждений в условиях городов и промышленных предприятий.

С учетом ПДК – Л предложена шкала оценки экологических условий для роста древесных пород:

1 – чистые зоны (концентрация SO₂ в воздухе до 0,011 мг/м³);

2 – слабо загрязненные зоны (концентрация SO₂ в воздухе 0,012-0,023 мг/м³;

3 – средне загрязненные зоны (концентрация SO₂ в воздухе 0,024-0,030 мг/м³;

4 – сильно загрязненные зоны (концентрация SO₂ в воздухе 0,041-0,080 мг/м³;

5 – очень сильно загрязненные зоны (концентрация SO₂ в воздухе более 0,08 мг/м³).

Повреждение растений токсическими газами значительно возрастает при увеличении интенсивности освещения, повышении температуры и относительной влажности воздуха.

Газоустойчивость растений – это их способность противостоять вредному действию газообразных токсикантов, существенно не снижая декоративных качеств, роста и продуктивности и сохраняя способность к семенному размножению.

Газоустойчивость различных видов деревьев и кустарников неодинакова. В силу анатомо-морфологических и физиолого-биохимических особенностей одни виды могут переносить в 5-50 раз большую концентрацию вредного газа без заметного ущерба для себя по сравнению с другими видами. Для оптимизации экологической среды средствами озеленения наиболее перспективны ассортименты газоустойчивых растений, обладающих ярко выраженной способностью к биологической очистке воздуха путем поглощения из загрязненного воздуха вредных веществ и их нейтрализации и детоксикации (обезвреживания) в клетках, тканях и органах («биологические фильтры»).

Первые исследования в области газоустойчивости растений были выполнены в Германии, Англии, России и США во второй половине ХIХ – начале ХХ вв. Большой вклад в развитие теоретических и прикладных аспектов газоустойчивости внесли известные экологи Н.П.Красинский, Ю.З.Кулагин, Г.М.Илькун, В.С.Николаевский, В.П.Тарабрин, С.А.Сергейчик, И.А.Шобанова и др. В настоящее время особое признание получила экологическая, или преадаптационная концепция газоустойчивости, предложенная профессором Ю.З.Кулагиным (Россия). Основные положения этой концепции сводятся к следующему. Загрязненный атмосферный воздух относится к числу специфических антропогенных факторов. По отношению к этому фактору у растений в процессе эволюции не выработаны специальные защитные приспособления (так как фактор глобального техногенного загрязнения действует сравнительно короткий срок – 1-2 века), поэтому они неизбежно встают на преадаптивный путь развития: используют для защиты от вредных атмосферных загрязнителей те структурно-функциональные приспособления, которые уже были выработаны ранее для защиты растений от действия других экстремальных факторов – света, температуры, влажности, радиации, засоления и другие, то есть преадаптации. В качестве преадаптаций могут быть любые особенности клеточно-тканевого строения, метаболизма, газообмена, сезонной ритмики роста и морфогенеза.

Защита от токсических газов осуществляется у разных видов разными способами, на разных уровнях организации – от клеточно-тканевого до ценотического. В этой связи Ю.З.Кулагин выделил 9 форм газоустойчивости: анатомическая, физиологическая, биохимическая, габитуальная, феноритмическая, анабиотическая, регенерационная, популяционная и ценотическая. Итоговая газоустойчивость растений является результатом сочетания и интегрирования различных способов защиты от атмосферных загрязнителей (поллютантов) и не может быть сведена к одному из них.

Первым барьером на пути газообразных токсикантов является фитоценоз как пространственно обособленная и определенным образом организованная совокупность растений; вторым – те особенности растений, которые связаны с их габитусом (размерами) и состоянием, обусловленным закономерностями онтогенеза и годичного цикла; третьим – структурные предпосылки проникновения токсикантов в растение; четвертым – интенсивность газообмена растительных тканей в процессе фотосинтеза, транспирации, дыхания; пятым – механизм внутриклеточной и тканевой нейтрализации и детоксикации (обезвреживания) поглощенных газообразных токсикантов.

Устойчивость различных видов растений к загрязнителям атмосферного воздуха неодинакова. Она различна в пределах популяции, рода, вида и зависит от фазы развития растений (стадии онтогенеза), скорости роста, анатомо-морфологических и физиолого-биохимических особенностей строения органов и обмена веществ (метаболизма), от способности восстанавливать поврежденные ткани и органы (регенерационная способность), от наличия критических периодов и экологической пластичности видов. Повышенная экологическая пластичность многих иноземных (интродуцированных) видов деревьев и кустарников часто обеспечивает их лучшую выживаемость в условиях загрязненной атмосферы по сравнению с местными (аборигенными) видами. Состав естественной дендрофлоры Беларуси сравнительно беден – 104 вида, из них в культуре – не более 30. Поэтому очень важен вопрос обогащения местной флоры газоустойчивыми и декоративными интродуцированными видами из различных районов Земного шара. В коллекциях Центрального ботанического сада Национальной академии наук Республики Беларусь собрано более 1,5 тыс. видов древесных растений-интродуцентов, перспективных для зеленого строительства страны и биологической очистки атмосферного воздуха от вредных ингредиентов.

Как правило, более газоустойчивыми являются виды растений с хорошо развитыми, мощными защитными покровами листа – эпидермисом и кутикулой, которые защищают лист от повреждения, а также с опушенными листьями, замедляющими скорость поступления вредных газов внутрь листа.

Высокую устойчивость к атмосферным загрязнителям проявляют виды растений с высокой емкостью катионно-анионного состава цитоплазмы клеток, которая улучшает нейтрализацию поступивших из атмосферы загрязняющих веществ и вызывает меньшие нарушения обмена веществ. Растения, приспособившиеся в процессе эволюции произрастать на плодородных, засоленных и известковых почвах, очень газоустойчивы.

Устойчивость к загрязнителям атмосферы обеспечивается пониженной интенсивностью фотосинтеза и газообмена в связи с поглощением меньших доз загрязнителей через устьица и меньшим повреждением клеток.

Устойчивы виды растений, обладающие высокой интенсивностью фотосинтеза и в то же время хорошо развитыми биохимическими механизмами нейтрализации и детоксикации загрязняющих веществ в процессе метаболизма. Высокая газоустойчивость сопряжена с накоплением большого количества белков и сахаров в цитоплазме клеток, повышением водоудерживающей способности цитоплазмы клеток.

Установлено, что виды растений с высоким содержанием антиоксидантных ферментов (супероксиддисмутаза, каталаза, пероксидаза), способных активно обезвреживать и разрушать вредные свободные радикалы кислорода, повреждающие клеточные мембраны, также очень газоустойчивы. Газоустойчивы растения, которые содержат в клетках много антоциановых (сине-фиолетовых) пигментов и каротиноидов (желто-оранжевых) пигментов, так как они выполняют функции антиоксидантов и способствуют защите клеточного содержимого от загрязнителей воздуха. Высокая устойчивость к кислым газам свойственна деревьям и кустарникам, содержащим значительное количество свободных катионов натрия, кальция и магния, а также виды, отличающиеся высокой буферной способностью цитоплазмы (поддержание постоянства рН среды).

Установлено, что высокой устойчивостью к SO₂ отличаются боярышник Арнольда, боярышник кроваво-красный, боярышник однопестичный, виноград амурский, граб обыкновенный, груша обыкновенная, девичий виноград пятилисточковый, дерен кроваво-красный, дуб красный, жостер красильный, жостер слабительный, жимолость татарская, ива белая, клен ясенелистный, лох серебристый, лох узколистный, орех маньчжурский, пузыреплодник калинолистный, снежноягодник белый, таволга Ваг-Гутта, таволга Маргариты, таволга средняя, тополь бальзамический, тополь канадский, тополь черный, чубушник Гордона, чубушник венечный, чубушник Лемуана, форзиция европейская, ясень зеленый, ясень обыкновенный, бирючина обыкновенная, роза морщинистая и другие виды.

Низкую устойчивость к SO₂ проявляют сосна обыкновенная, ель обыкновенная, осина, рябина обыкновенная, липа мелколистная, береза повислая и другие виды.

Высокую устойчивость к NO₂ проявляют такие деревья и кустарники как аморфа кустарниковая, барбарис обыкновенный, барбарис Тунберга, бузина черная, вяз перистоветвистый, девичий виноград пятилисточковый, карагана древовидная, кизильник блестящий, клен остролистный, клен серебристый, клен полевой, клен ясенелистный, клен ложноплатановый, облепиха крушиновая, конский каштан обыкновенный, робиния лжеакация, тополь бальзамический, тополь белый, тополь канадский, тополь волосистоплодный, тополь черный, черемуха Мака, черемуха обыкновенная, шелковица белая, роза морщинистая липа войлочная, ива белая, ива козья, ива шаровидная, ель колючая серебристая и другие виды.

В зонах загрязнения воздуха ацетоном и ксилолом газоустойчивы клен Гиннала, конский каштан обыкновенный, лох серебристый, лох узколистный, пузыреплодник калинолистный, робиния лжеакация, роза морщинистая, тополь Боле, тополь канадский, тополь пирамидальный, черемуха обыкновенная, ясень зеленый, ясень обыкновенный.

В зонах загрязнения воздуха фенолами высокую газоустойчивость проявляют айва низкая, аморфа кустарниковая, бирючина обыкновенная, вишня обыкновенная, груша обыкновенная, ива белая, клен ложноплатановый, клен ясенелистный, конский каштан обыкновенный, лох серебристый, орех маньчжурский, сирень обыкновенная, тополь канадский, форзиция европейская, яблоня обыкновенная и другие.

Высокую устойчивость к формальдегиду (одному из приоритетных загрязнителей городской среды и компоненту выхлопных газов автотранспорта) проявляют ель колючая, кипарисовик горохоплодный, сосна обыкновенная, тисс ягодный, туя западная, береза повислая, боярышник кроваво-красный, граб обыкновенный, карагана древовидная, клен остролистный, крушина ломкая, лещина обыкновенная, лох узколистный, мушмула германская, облепиха крушиновая, пеон древовидный, рододендрон кэтевбинский, рододендрон Смирнова, сирень венгерская, таволга японская, тополь черный, ясень обыкновенный.

Высокой устойчивостью к выбросам бензо(а)пирена характеризуются ель канадская, кипарисовик горохоплодный, лиственница европейская, можжевельник пестрый, сосна кедровая сибирская, граб обыкновенный, дуб черешчатый, жостер слабительный, жимолость обыкновенная, Лешина древовидная, ракитник удлиненный, рябина обыкновенная, тополь канадский, черемуха Маака, яблоня Недзвецкого.

Высокую устойчивость к хлору проявляют боярышник кроваво-красный, кизильник блестящий, клен остролистный, роза морщинистая, черемуха обыкновенная, боярышник черный, береза желтая, боярышник даурский, боярышник сизоплодный, боярышник хоккайдский, бук лесной, жимолость обыкновенная, ива белая шелковистая, липа американская, липа войлочная, лох серебристый, рододендрон кэтевбинский, сирень венгерская, ель сербская и другие (Сергейчик, 1997, 2004; Сергейчик и др., 1998, 2005).

Озеленение городов и промышленных объектов должно осуществляться с учетом химизма и уровня загрязнения атмосферного воздуха, почвенно-климатических условий на основе рекомендованного для конкретных экологических условий ассортимента растений.

Конечной целью исследований в области газоустойчивости растений является разработка научных основ оптимизации окружающей среды и биологической очистки воздуха; создание в условиях загрязненной атмосферы газоустойчивых зеленых насаждений, способных поглощать из воздуха вредные примеси, существенно очищать его от загрязнителей и функционировать как «биологические фильтры».

Газопоглотительная способность растений. Растения обладают уникальной фильтрующей способностью. Они поглощают из воздуха и нейтрализуют в тканях значительное количество вредных газообразных техногенных отходов, способствуя сохранению газового баланса в атмосфере. Различными исследователями показана способность растений к поглощению и метаболизации алифатических и ароматических канцерогенных углеводородов, фенольных соединений, диоксида серы, сероводорода, сероуглерода, аммиака, фторидов, хлоридов и других веществ.

Биологическая очистка атмосферного воздуха является существенным дополнением к технологическим способам его очистки.

Установлено, что лесные фитоценозы в процессе жизнедеятельности ежесуточно перерабатывают ассимиляционным аппаратом до 500 тыс. м³ воздуха. Суммарная воздухоочистная способность полноценных древостоев, формирующих 4 т листьев на 1 га, в течение вегетационного периода составляет около 10 т токсических газов, копоти и пыли (Сергейчик, 1997).

Древесно-кустарниковые насаждения газопоглотительного назначения целесообразно квалифицировать как «промышленный фитофильтр». Его необходимость вызвана значительными технолого-экономическими трудностями при абсолютно полной ликвидации токсичных ингредиентов промышленных эмиссий, а также реальной возможностью слабой утечки или интенсивного выброса токсикантов в атмосферу при аварийных ситуациях. Располагая характеристикой промышленного фитофильтра, можно наладить экологически корректные взаимоотношения между промышленностью и лесной растительностью в интересах здоровья человека, определять и контролировать уровень ПДВ токсических веществ.

В условиях Беларуси высокой поглотительной способностью по отношению к двуокиси серы (SO₂) отличаются береза повислая и пушистая, дуб черешчатый, карагана древовидная, клен остролистный, клен ложноплатановый, клен ясенелистный, липа крупнолистная, робиния лжеакация, тополь дельтовидный. Наиболее перспективными с точки зрения благоприятного сочетания высокой газоустойчивости и газоплоглотительной способности являются дерен белый, дуб черешчатый, ива белая, клен остролистный, тополь бальзамический, тополь берлинский, тополь дельтовидный, тополь душистый, пихта одноцветная, тую западная.

Установлено, что в зонах промышленного загрязнения воздуха сероуглеродом (CS₂), сероводородом (H₂S), двуокисью серы (SO₂) зеленые растения поглощают из воздуха и нейтрализуют в клетках и тканях значительное количество газообразных сернистых токсикантов (Сергейчик, 1997). Уровень газоаккумулирующей способности зависит от видовой специфики растений и концентрации загрязнителей в воздушной среде. В листьях накапливается тем больше серы, чем сильнее загрязнен воздух.

В зоне слабого загрязнения CS₂, H₂S, SO₂ максимальный уровень накопления серы в листьях растений за счет ее поглощения из атмосферного воздуха характерен для бирючины обыкновенной, дуба северного, дерена белого, жимолости татарской, ивы белой, лоха узколистного, смородины черной, тополя китайского (1,24-1,92 г серы на 1 кг массы сухих листьев). Наименьшую фильтрующую способность проявляют здесь аморфа кустарниковая, груша обыкновенная, кизильник блестящий, клен серебристый, сирень обыкновенная (1,24-1,92 г серы на 1 кг массы сухих листьев). Промежуточное положение занимают конский каштан обыкновенный, орех маньчжурский, пузыреплодник калинолистный, яблоня домашняя (2,1-3,84 г серы на 1 кг массы сухих листьев).

В зоне сильного загрязнения CS₂, H₂S, SO₂ наибольшее количество серы за счет ее поглощения из загрязненного воздуха накапливалось в листьях бирючины обыкновенной, дерена белого, жимолости татарской, клена остролистного, липы мелколистной, лоха узколистного, осины, тополя канадского (6,68-8,96 г серы на 1 кг массы сухих листьев); минимальное – в листьях боярышника колючего, вишни степной, вяза перистоветвистого, груши обыкновенной, розы морщинистой (2,88-3,84 г серы на 1 кг массы сухих листьев); среднее – в листьях ивы белой, караганы древовидной, конского каштана обыкновенного, ореха маньчжурского, пузыреплодника калинолистного, робинии лжеакации, сирени обыкновенной, тополя китайского, чубушника венечного, яблони домашней, ясеня обыкновенного (4,16-5,97 г серы на 1 кг массы сухих листьев). Показано также, что не только листья, но и стебли могут накапливать значительное количество серы за счет ее поглощения из воздуха.

В зоне интенсивного загрязнения воздуха CS₂, H₂S, SO₂ в зеленом строительстве можно использовать виды с пониженным (боярышник колючий, вишня степная, груша обыкновенная, роза морщинистая) и умеренным (ива белая, орех маньчжурский, пузыреплодник калинолистный, робиния лжеакация, чубушник венечный, яблоня домашняя, ясень обыкновенный) уровнями накопления серы в связи с их несомненной газоустойчивостью. Наибольший практический интерес представляют высоко газоустойчивые виды с ярко выраженной газоаккумулирующей способностью – это бирючина обыкновенная, дерен белый, жимолость татарская, клен остролистный, лох узколистный, тополь канадский. В то же время ель колючую, березу повислую, карагану древовидную, конский каштан обыкновенный, липу мелколистную, осину, сирень обыкновенную не следует применять для озеленения зоны постоянного интенсивного загрязнения, однако эти виды могут успешно произрастать в зоне слабого загрязнения, не снижая декоративных и санитарно-гигиенических качеств.

Постоянное загрязнение воздуха высокими концентрациями соединений серы отрицательно сказывается на общем состоянии и физиологических функциях сосны обыкновенной – важнейшей хвойной лесообразующей породы Беларуси.

В зоне слабого загрязнения воздуха CS₂, H₂S, SO₂ наиболее ценными видами в отношении сочетания высокой газоустойчивости и газопоглотительной способности можно считать ель колючую серебристую, бирючину обыкновенную, дерен белый, жимолость татарскую, иву белую, лох узколистный, конский каштан обыкновенный, орех маньчжурский, пузыреплодник калинолистный, тополь китайский, яблоню домашнюю. Виды, проявившие в этой зоне меньшую газоаккумулирующую способность, но достаточно высокую устойчивость (аморфа кустарниковая, береза повислая, груша обыкновенная, кизильник блестящий, клен серебристый, сирень обыкновенная) также могут быть использованы в озеленении.

Коэффициент полезного действия зеленых насаждений на территории промышленных объектов можно повысить, применяя систему дождевальных устройств для промывания крон деревьев и кустарников, так как с водой удаляется значительная часть загрязняющих растения вредных веществ.

Высшие растения способны поглощать из воздуха и нейтрализовать диоксид азота (NO₂), включая азот в азотистые соединения стеблей, листьев и корней. Растения, интенсивно поглощающие окислы азота и дающие большую биомассу, могут применяться для биологической очистки воздуха.

Установлено, что большой интенсивностью поглощения окислов азота отличаются робиния лжеакация, клен серебристый, карагана древовидная, гледичия трехколючковая, клен остролистный, шелковица белая, конский каштан обыкновенный, лох узколистный, клен ясенелистный, тополь Болле, береза повислая, тополь канадский, ясень обыкновенный, тополь пирамидальный, вяз мелколистный, липа мелколистная, граб кавказский, клен американский, сосна черная, сосна эльдарская, дуб грузинский, яблоня обыкновенная. Двуокись азота в растении превращается в соли азотной (HNO₃) и азотистой (HNO₂) кислот, а затем восстанавливаться до аммиака (NH₃). Азот окисла, восстановленный листьями, включается в аминокислоты и белки. При поглощении двуокиси азота каждый вид растений образует свойственный ему набор аминокислот. Так, например, у яблони домашней азот окисла преимущественно включается в аланин, тирозин, финилаланин, лейцин; у лоха узколистного – в глутаминовую и аспарагиновую кислоты. В реакциях нейтрализации азотной кислоты большое участие принимают ионы калия и натрия.

Растения поглощают из воздуха и связывают в листьях аммиак (NH₃). Высокой поглотительной способностью к аммиаку отличаются робиния лжеакация (белая акация), клен серебристый, гледичия трехколючковая, шелковица белая, лох узколистный, клен ясенелистный, клен остролистный, карагана древовидная (желтая акация), конский каштан обыкновенный, тополь пирамидальный, липа мелколистная, тополь бальзамичсеский, яблоня Недзвецкого, вяз мелколистный, береза повислая, ясень обыкновенный и другие виды. В связывании аммиака активное участие принимают амиды и аминокислоты. Органические кислоты также связывают аммиак с образованием аммонийных солей.

Древесные растения поглощают из воздуха и аккумулируют в тканях газообразные фенольные промышленные отходы. Обнаружено, что наибольшее количество вредных фенолов накапливается в листьях клена ложноплатанового, клена ясенелистного, лоха узколистного, тополя Боле (5,1-9,2 мг фенолов на 100 г массы сырого вещества листьев), а минимальное – в листьях робинии лжеакации и ясеня зеленого (0,9-1,7 мг на 100 г массы сырых листьев). Средний уровень накопления фенолов характерен для вяза перистоветвистого и сирени обыкновенной (2,1-3,2 мг на 100 г массы сырого вещества). Озеленение промплощадок и создание санитарно-защитных зеленых насаждений – эффективное средство оздоровления воздушной среды в районах функционирования коксохимических заводов и других объектов.

Ученые установили, что 1 га лесных насаждений может поглотить из воздуха до 500 кг двуокиси серы, 100 кг хлоридов и 25 кг фторидов. Наименее устойчивы к фторидам лиственница японская и сосна обыкновенная. Хвоя этих растений повреждается при накоплении фтора 0,12-0,16 г/кг сухой массы. Предельно безвредная доза накопления фтора для боярышника односемянного, лоха узколистного, тополя Болле, сосны эльдарской, шелковицы белой составляет 1,9-2,8 г/кг сухой массы. В разных природных зонах каждому виду растений свойственна своя предельная доза накопления фтора, определяющая скрытые, сильные или средние повреждения листьев. В условиях южно-европейской тайги наибольшей устойчивостью к фторидам и способностью аккумулировать высокие их дозы отличаются вяз шершавый, жимолость татарская, ива белая, роза морщинистая, рябина обыкновенная, тополь берлинский. В степной зоне Украины повышенная устойчивость и поглотительная способность к фторидам характерны для вяза гладкого, лоха узколистного, тополя Боле и ясеня зеленого. Каждому виду присуща и определенная доза накопления хлора. Чем выше уровень загрязнения воздуха хлоридами, тем больше хлора накапливается в ассимиляционных органах растений. Вблизи промышленных предприятий в листьях и побегах накапливается в 5-10 раз больше хлора, чем на расстоянии 1 км от них. Доказано, что накопление хлора в листьях в пределах 0,7-1,5% вызывает наиболее серьезные повреждения у конского каштана обыкновенного, липы мелколистной, сирени обыкновенной, ясеня зеленого, а слабые – у вяза гладкого, ивы белой, робинии лжеакации и тополя канадского.

Сотрудники Института биохимии растений Академии наук Грузии изучили способность растений к поглощению и метаболизации алифатических и ароматических углеводородов. Установлено, что способность поглощать и окислять углеводороды у разных видов выражена в разной степени. Например, по способности утилизировать бензол исследованные растения можно распределить на 3 группы: 1 – растения, которые поглощают миллиграммовые (мг) количества бензола в сутки в расчете на 1 кг сырой массы листьев (аморфа кустарниковая, вишня обыкновенная, груша кавказская, ива белая, клен полевой, конский каштан обыкновенный, катальпа бигнониевидная, лох узколистный, миндаль обыкновенный, орех грецкий, робиния лжеакация); 2 – растения, которые поглощают десятые доли миллиграмма бензола в сутки на 1 кг массы сырых листьев (абрикос обыкновенный, айва обыкновенная, груша обыкновенная, тополь дрожащий, чайный куст китайский, ясень обыкновенный); 3 – растения, которые поглощают микрограммовые (мкг) количества бензола в сутки в расчете на 1 кг массы сырых листьев (бирючина обыкновенная, рододендрон понтийский, фиговое дерево). Причины видовых различий в утилизации бензола объясняются разной активностью ферментных систем растений, окисляющих бензол.

Велика роль зеленых насаждений в очистке атмосферного воздуха от пыли. Экологи подсчитали, что 1 га букового леса может задержать 68 т пыли. Весьма эффективны в пылезадержании виды растений с шершавыми и опушенными листьями, например, вяз шершавый, береза пушистая, катальпа бигнониевидная, калина гордовина, липа войлочная, лох узколистный, шелковица черная. Хвойные породы еще более эффективны в задержании пыли – на единицу массы хвои оседает в 1,5 раза больше пыли, чем на единицу массы листьев, к тому же пылезащитные свойства хвойных сохраняются и в зимний период.

«Зеленый фильтр» и санитарно-защитные зоны промышленных предприятий. В структуре насаждений предприятий - «зеленого фильтра» необходимо различать фронтальную, срединную и тыловую части, которые должны соответственно разрушать газовые потоки, существенно снижать их концентрацию и полностью их обезвреживать. Выполнение этих функций обеспечивается подбором высоко газоустойчивых видов растений с максимально выраженной газопоглотительной способностью, обладающих значительной биомассой листьев и различными сроками облиствения.

Фронтальная часть насаждений («зеленого фильтра») должна быть представлена групповыми и линейными посадками с коридорами, образующими организованную аэродинамическую систему. Срединная и тыловая части «зеленого фильтра» должны способствовать полному перехватуаэрополлютантов. Для этой цели рекомендуется создание семирядных трехъярусных лесных полос с возрастающей густотой зеленых насаждений.

Каждое промышленное предприятие должно иметь санитарно-защитную зону. Площадь зеленых насаждений в санитарно-защитных зонах промышленных предприятий зависит от общей площади территории промышленного объекта. Промышленные предприятия в зависимости от ширины санитарно-защитной зоны подразделяются на 5 классов: 1 – с шириной санитарно-защитной зоны 1000 м и более, 2 – 500 м, 3 – 300 м, 4 – 100 м, 5 – 50 м. Для санитарно-защитных зон важно выбрать правильный ассортимент растений в соответствии с климатическими и почвенными условиями территории и особенностями химизма и уровня загрязнения воздуха. Обычно вблизи крупных промышленных объектов по степени загрязнения воздуха и состоянию растительности выделяют от 2-3 до 4-5 зон. В 1-й зоне (радиус 100-500 м) погибают многие древесные, в первую очередь хвойные породы как наиболее газочувствительные. Здесь главная задача – защитить почву от эрозии. В этой зоне следует использовать светлую, плодородную почву. Высевать и высаживать наиболее газоустойчивые виды травянистых растений и некоторых кустарников. Во 2-й зоне (радиус 500-1000 м и более) возможно создание устойчивых газонов, защитных полос и других форм насаждений из устойчивых кустарников и древесных пород. В 3-й и 4-й зонах (радиус 1-2 км и более) для озеленения используются наряду с высоко газоустойчивыми также среднеустойчивые и даже газочувствительные виды.

Для снижения ущерба, причиняемого лесным экосистемам техногенными атмосферными загрязнителями и повышения устойчивости зеленых насаждений проводят организационные, лесохозяйственные и агротехнические мероприятия (внесение удобрений, известкование кислых почв). Путем научно обоснованного подбора видов аборигенных и интродуцированных растений, соотношения и территориального размещения лесных и безлесных участков в конкретных экологических условиях (то есть путем формирования оптимальной лесистости), можно существенно снизить уровень техногенного загрязнения атмосферы и повысить устойчивость зеленых насаждений.

Растения – индикаторы загрязнения атмосферного воздуха.

Современные методы оценки уровня загрязнения атмосферного воздуха основаны на двух принципах: определение содержания в воздухе отдельных газообразных или аэрозольных веществ с помощью чувствительных селективных приборов и оценка суммарной токсичности насыщающих воздух примесей с помощью растений-индикаторов или биотестов.

С помощью приборов-детекторов можно определять содержание в воздухе отдельных примесей – SO₂, NO₂, O₃, CO, CO₂, F₂, Cl₂, твердых частиц. Практически определяют содержание 5-10 показателей. Однако в воздухе городов и промышленных предприятий одновременно содержатся тысячи различных примесей и учитывать каждый ингредиент в отдельности практически не представляется возможным. Важно иметь обобщенный показатель, оценивающий, с одной стороны, общее содержание вредных примесей в приземном слое воздуха, а с другой – токсичность их для организмов. Универсального метода оценки уровня загрязнения атмосферного воздуха пока не существует, но его можно создать при объединении возможностей, представляемых аналитическими приборами и биологическими индикаторами. Биологические методы еще сравнительно мало применяются для контроля загрязнения воздуха, несмотря на то, что чувствительность и надежность их показаний значительно выше самого чувствительного селективного детектора.

Для оценки содержания в воздухе токсических примесей целесообразно использовать растения. Они осуществляют в десятки раз более интенсивный газообмен по сравнению с человеком и животными, обладают более высокой чувствительностью и стабильностью ответной реакции на действие различных внешних факторов. Основываясь на этих особенностях, растительные организмы можно использовать для сравнительного анализа уровня загрязнения и интегральной токсичности насыщающих воздух веществ, для определения средней концентрации последних при накоплении их в ассимиляционных органах за различные промежутки времени и для получения срочных показателей суммарной концентрации вредных веществ в воздухе путем учета ответной реакции на действующие газы и аэрозоли. В каждом из перечисленных направлений используются различные растения и способы получения от них информации. Для длительного сравнительного анализа загрязнения атмосферного воздуха наиболее приемлемы растения, обладающие разной устойчивостью к отдельным токсическим веществам или их смеси.

Давно замечено, что высокой чувствительностью к атмосферным загрязнителям обладают эпифитные растения, поселяющиеся на стволах деревьев, камнях и других неподвижных объектах. К ним относятся многие виды лишайников, водорослей, мхов. Они обычно погибают при ничтожно малом содержании в воздухе газообразных и пылевидных примесей, не оказывающих заметного воздействия на высшие растения.

Чувствительность лишайников к атмосферному загрязнению отмечена еще в XIX в. Гриндоном и Ниландером. Они выяснили, что низкую устойчивость лишайников к атмосферному загрязнению можно объяснить следующими причинами: 1 – высокой чувствительностью водоросли Trebouxia (является фитокомпонентом 80% лишайников), фотосинтетические пигменты которой под действием SO₂ быстро разрушаются; 2 – отсутствием защитных покровов лишайников; 3 – высокими требованиями к кислотности (рН) субстрата, изменение которой приводит к гибели лишайника.

Среди многообразия лишайников значительное количество видов отличается большей или меньшей чувствительностью к загрязнению природной среды. Встречаются даже даже хорошо развивающиеся на загрязненных территориях виды (Scoliciosporum chlorococcum, Lecanora conizaeoides). Обычно при изучении влияния загрязнения исследователи выделяют 4-5 групп различных по чувствительности лишайников, причем для характеристики чувствительности конкретных видов часто используют 10-12-балльные шкалы.

Различная чувствительность отдельных видов лишайников дает возможность выделения зон с разной степенью загрязнения воздуха. Изучение и районирование загрязнений при помощи лишайников составляет суть метода лихеноиндикации – одного из направлений лихенологии, сформировавшегося во второй половине ХХ в. При изучении влияния атмосферного загрязнения на лишайники в полевых условиях основной задачей является установление зависимости между различными характеристиками лишайникового покрова (числом видов, присутствием или покрытием конкретных видов, общим проективным покрытием лишайников, синтетическими индексами лишайниковой растительности и др.) и уровнями локального или регионального загрязнения. Следующий этап – составление карт загрязнения воздуха на основе анализа состояния эпифитной лишайниковой растительности. При этом широко используются индексы атмосферной чистоты и толерантности. Известный эстонский эколог Трасс отмечает, что к настоящему времени с помощью лихеноиндикационных методов в мире составлены карты загрязнения более 300 городов и промышленных территорий.

Установлено, что при полном отсутствии лишайников в городской среде («лишайниковая пустыня») концентрация SO₂ в воздухе составляет >0,3 мг/м³. Присутствие в городе некоторых выносливых к загрязнителям лишайников (ксантории, фисции, анаптихии, леканоры) свидетельствует о том, что концентрация SO₂ в воздухе составляет 0,05 – 0,2 мг/м³. Если же на стволах видны лишайники пармелия, алектория, то воздух довольно чист, содержание в нем SO₂ не превышает 0,05 мг/м³.

Особое внимание привлекает лишайник гипогимния вздутая (Hypogymnia physodes), узколопастные слоевища которой часто встречаются на стволах хвойных деревьев. Этот лишайник широко распространен на территории Европы. При концентрации SO₂ в воздухе 0,23 мг/м³ этот лишайник полностью отмирает за 29 суток. При меньшей концентрации SO₂ (0,08 мг/м³) после воздействия в течение 8 суток некроз (отмирание) занимает 60% площади слоевища лишайника.

Для индикации загрязнения воздуха с помощью лишайников их срезают вместе с корой деревьев незагрязненных районов, помещают на специальные стенды и выставляют в загрязненных зонах. Скорость отмирания слоевища лишайника регистрируют с помощью фотографирования, которое производится на цветную или инфракрасную пленку через определенное время. Кроме того, путем микроскопирования определяют процент поврежденных клеток водорослей лишайника, а спектрофотометрическими методами определяют в нем содержание хлорофилла.

Фитоиндикация загрязнения атмосферного воздуха может осуществляться также: 1 - путем регистрации структурно-функциональных реакций наиболее чувствительных растений в ответ на загрязнение воздуха, 2 – путем определения количества вредных веществ, поглощенных растением из загрязненного воздуха.

Для фитоконтроля загрязнения окружающей среды используют не только низшие, но и высшие растения. Объектами импактного мониторинга, как правило, являются хвойные породы – наиболее чувствительные к промышленным загрязнителям. Сосна обыкновенная (Pinus sylvestris L,) – одна из главных лесообразующих пород, используется во многих странах Европы и Америки в качестве индикатора загрязнения атмосферного воздуха SO₂ (Сергейчик, Сергейчик, Сидорович, 1998). Уровень содержания серы в хвое сосны обыкновенной можно использовать в качестве индикатора загрязнения атмосферного воздуха. В Беларуси контрольной чистой зоне содержание серы в двухлетней хвое сосны обыкновенной составляет 0,070-0,09% сухой массы, в зоне слабого загрязнения – 0,095-0,110%, в зоне среднего загрязнения – 0,120-0,135%, в зоне сильного загрязнения – 0,136-0,195%.

Хвоя сосны обыкновенной, содержащая до 0,19% серы, сохраняет жизнеспособность до 3-4 лет. Повышение уровня серы за счет ее поглощения из загрязненного воздуха до 0,24% сопровождается сокращением продолжительности жизни хвои до 2-х лет. Быстрое накопление серы до 0,3% приводит к отмиранию хвои к концу первого – началу второго года жизни.

Имеются данные о том, что хорошими индикаторами загрязнения воздуха SO₂ являются также салат, люцерна, клевер, гречиха, хлопчатник, овес, подсолнечник, пшеница, ячмень. Американские и российские исследователи предлагают использовать в качестве индикаторного растения мятлик однолетний (Poa annua), обладающий высокой чувствительностью к загрязнению воздуха SO₂.

При индикации загрязнения атмосферы фтором используют устойчивые и неустойчивые к фтору виды растений. Устойчивые виды накапливают фтор и отражают уровень загрязнения среды фтором. Очень чувствительные к фтору растения реагируют на присутствие малых его концентраций развитием некрозов листьев. Гладиолусы и фрезия особенно чувствительны к фторидам, поэтому они перспективны индикации загрязнения воздуха фторидами. Очень удобны для этих целей гладиолусы, так как они обладают повышенной устойчивостью к другому широко распространенному загрязнителю – двуокиси серы. Весьма ценным для индикации присутствия фторидов в атмосфере является голландский сорт гладиолусов Снежная королева: по мере увеличения концентрации фтора в воздухе верхняя часть листьев растений отмирает. В качестве индикаторного растения на присутствие в воздухе фторидов гладиолус успешно используется в США и Канаде.

Растения могут служить в качестве индикаторов загрязнения среды смогом: урожайность бобов под влиянием смога снижается на 25%, а томатов – на 33%. С помощью гамма-облучения японские ученые вывели очень чувствительный к смогу сорт бегонии, который при первых признаках фотохимического смога (0,15 частей газа на миллион частей воздуха) покрывается пятнами. Если концентрация смога продолжает увеличиваться, то пятна на листьях вздуваются, а затем на них образуются сквозные отверстия.

Одним из компонентов фотохимического смога является озон (О₃). В Германии в отдельных районах определяют уровень загрязнения воздуха озоном на основе симптомов повреждений растений-индикаторов. В качестве растения-индикатора используется сорт табака, сильно чувствительный к озону – BelW₃. Японские исследователи предлагают использовать в качестве индикатора загрязнения окружающей среды озоном растения ипомеи сорта Scarlet O’Hara. В Швейцарии тополь черный и клевер луговой применяются как биоиндикаторы загрязнения воздуха озоном.

Отрицательное воздействие выхлопных газов автомобилей проявляется на некоторых растениях настолько отчетливо, что их с успехом можно использовать для обнаружения опасной для здоровья людей концентрации этих газов. Чрезвычайно чувствительно к выхлопным газам автотранспорта комнатное растение традесканция. Окраска ее тычинок меняется из синей в розовую при увеличении в воздухе окиси углерода и оксидов азота, выбрасываемых двигателями внутреннего сгорания.

В результате исследований плодовых и ягодных растений, растущих вдоль автодорог в окрестностях г. Кишинева, установлено, что в плодах снежноягодника белого, рябины обыкновенной, яблони сорта Джонатан, винограда сорта Шасла и семенах конского каштана обыкновенного накапливается значительное количество кадмия (Cd) – от 0,5 до 1,65 мг/кг. В ядре плодов грецкого ореха, растущего близ дороги, содержание кадмия составляет 1,0 мг/кг, а на расстоянии 50 и 50 м от дороги соответственно 0,833 и 0,667 мг/кг. Поэтому уровень концентрации кадмия в органах растений можно использовать для индикации загрязнения воздуха кадмий-содержащими выхлопными газами автомобилей.

Способность низших растений аккумулировать тяжелые металлы находит широкое применение при составлении карт загрязнения городов и территорий, примыкающих к автострадам. Химический анализ мхов позволил установить, что в г. Хельсинки максимальная концентрация токсичного свинца (Pb) наблюдается на расстоянии 20 км от дороги – 80 мкг/л, тогда как на удалении 40-50 м от дороги она составляет 30 мкг/л. Сходным образом изменяется концентрация цинка (Zn) – от 8 до 4 мкг/ л и железа (Fe) – от 40 до 50 мкг/л. Чем интенсивнее движение автотранспорта по дороге, тем больше свинца обнаруживается в мхах. Например, при максимальной нагрузке содержание свинца составляет 223 мкг/л, а при минимальной – 40-50 мкг/л. Так с помощью растений удается определять степень загрязнения природной среды тяжелыми металлами.

Экологи Беларуси, Канады, Польши, Германии, Швеции, Финляндии, США используют уровень содержания серы в хвое сосны обыкновенной в качестве индикатора состояния загрязнения воздушной среды диоксидом серы (SO₂) и в качестве индикатора повреждения лесных экосистем.

Растения проявляют высокую чувствительность (более высокую, чем человек и животные) к атмосферным загрязнителям (поллютантам) в связи с автотрофным характером метаболизма (осуществление фотосинтеза).

При проведении мониторинга лесов в НСМОС для оценки состояния лесов используется учет таких визуально регистрируемых показателей состояния древесных растений как хлороз и некроз хвои и листьев. Хлорозы и некрозы возникают у растений в том случае, если концентрация загрязнителей превышает их ПДК – предельно допустимые уровни. Однако на стадии появления видимых повреждений ассимиляционных органов деградацию лесов трудно остановить. Поэтому в настоящее время большую актуальность приобретает проблема разработки и внедрения в систему мониторинга лесов ранней диагностики повреждения лесов еще до появления визуально различимых признаков повреждения в виде хлорозов и некрозов. Для этого перспективно применение высокочувствительных физиолого-биохимических методов диагностики, с использованием спектроскопии, флуориметрии, полярометрии, кондуктометрии, позволяющих регистрировать интенсивность фотосинтеза, флуоресценцию листьев и хвои, изменение метаболизма, активность ферментов (например, пероксидазы), уровень содержания белков, аминокислот, углеводов, воды, электропроводность тканей. Ранняя диагностика повреждения лесных экосистем позволит принять превентивные меры по их защите путем снижения уровня выбросов предприятий, применения агротехнических мероприятий и других мер.