Влияние загрязняющих веществ на морфофизиологические показатели растений

1.3 Влияние загрязняющих веществ на морфофизиологические показатели растений

Хотя сохранение растительного покрова Земли без серьезных нарушений – безусловная необходимость, его состояние в настоящее время ухудшается (Проблемы фитогигиены…, 1981).

Основные причины этого – разнообразия и разнонаправленность патологических явлений, возникающих у растений и их сообществ.

Возникновение тех или иных патологических явлений не у одного или немногих растений одного вида, а у большего числа или же у всех растений – представителей одной популяции придает возникающим патологическим явлениям популяционное значение. Возникновение патологических явлений у многих или у большинства растений одного вида во всех или в большинстве популяций последнего придает им видовые значения, так как они способны изменить характеристики признаков, входящих в кодекс признаков вида.

Наиболее опасны для растительного мира патологические явления, нарушающие:

1.         Строение и функционирование пигментов, пластид, отдельных звеньев фотосинтеза и фотосинтетического аппарата в целом.

2.         Строение и функционирование аппарата газообмена и механизма его регуляции, торможение клеточного дыхания (Рудкова, 1981), уменьшение количества устьичных аппаратов (Сидорович, Гетко, 1979) и ослабление газообмена у растений на больших территориях (Назаров с соавт., 1977).

3.         Строение и функционирование аппарата водного обмена и механизма его регуляции [увеличение количества прочно удерживаемой воды под влиянием магния (Шкляев, 1981), ослабление водного гомеостаза при заморозках и под влиянием загрязнителей в условиях засухи (Тарабарин, 1980), патологические изменения тургора и осмотических параметров и т.д.].

4.         Строение и функционирование механизмов минерального обмена [изменение нормального количественного соотношения между элементами, сдвиги в обмене одних элементов под влиянием других, в частности (Рудкова, 1981) кальция, марганца и фосфора при избытке алюминия и т.д.].

5.         Транспорт [ненормальная транслокация пластических соединений и продуктов метаболизма, изменение в связи с этим химического состава осевых органов, в частности, корней (Anderson, 1975) и т.д.].

6.         Нормальную деятельность мерисистем [нарушение роста в высоту и роста в ширину (Fritts, 1975), по величине линейного прироста и т.д., и возникающие у растений, произрастающих на кислых почвах (Иванов, 1970), подвергнувшихся воздействию ионизирующего излучения, низких и высоких температур].

7.         Нормальное осуществление клеточного цикла [изменение протяженности фаз клеточного цикла во времени и патология митоза под влиянием проникающего излучения (Алексахин, Нарышкин, 1974), при гиперауксинии и гипоауксинии, при избытке и недостатке макро и микроэлементов, в частности алюминия (Рудкова, 1981)].

8.         Гистогенез и дифференциацию клеток и тканей [ксерофильные преобразования злаковых, возникающие под влиянием шлама алюминиевого завода (Половова, Шилова; 1969), в частности нитевидность листочков у Robina pseudacacia L. (Кондратюк с соавт., 1980), деформация побегов и листьев у Ulmus laevis Pall., Acer negundo L. и Betula pendula Roth. (Кулагин, 1974) и уменьшение длины шишек у Pinus sylvestris L. (Мамаев, Шкарлет, 1971) при загрязнении атмосферного воздуха].

10.      Межклеточные, межтканевые и межорганные взаимосвязи и взаимодействия [патологические изменения апикальной доминантности, ростовых корреляций, нормального соотношения массы надземных и подземных органов, в частности, у Robinia pseudacacia L., произрастающей на отвалах угольных шахт и обогатительных фабрик (Рева с соавт., 1974)].

11.      Ритмику процессов онтогенеза [ускорение фенофаз при загрязнении атмосферного воздуха (Рязанцева, Спахова, 1980) предотвращение образования плодов у Achillea millefolium L. при воздействии дымогазовых выбросов химического завода (Тарчевский, Шик, 1969), ингибирование цветения у Xanthium strumarium L. под влиянием CO₂ (Purohit, Tregunna, 1974)].

12.      Возрастное преобразование в жизненном цикле и его нормальное существование [неотения у травянистых растений, произрастающих на территориях, коксохимических и металлургических заводов (Кондратюк с соавт., 1980)];

13.      Физические (электрические, электромагнитные, оптические и температурные) константы и характеристики растений;

14.      Гаметогенез, оплодотворение и формирование диссеминул [недоразвитие микроспор у злаков (Зуева, 1969) при воздействии каменноугольной золы; недоразвитие семян у Pinus sylvestris L. (Мамаев, Шкарлет, 1971) при загрязнении атмосферного воздуха выбросами промышленных предприятий];

15.      Нормальное функционирование и жизнеспособность на ювелирных стадиях развития [уменьшение всхожести семян Pinus sylvestris L. в 2-3 раза при загрязнении атмосферного воздуха (Мамаев, Шкарлет, 1971)];

16.      Нормальные сроки функционирования и жизнедеятельности клеток, тканей и органов [преждевременное и вызываемое осенними потеплениями отмирание верхушечных почек у 25% хвойных, произрастающих на осушенных болотах (Ефимова, 1977); отмирание хвоинок при контакте с оксидом магния – выбросом магнезитовых заводов (Носырев, 1966), уменьшение срока жизни хвоинок Picea abies L.под влиянием никеля c 11-12 лет до 2 лет].

17.      Демографические характеристики популяций – их возрастной состав, соотношения образующих их растений по полу, активность семенного размножения и вегетативного возобновления, жизнеспособность семян и проростков [уменьшение до 40-60% числа экземпляров Pinus sylvestris L., у которых образуются шишки: недоразвитие в этих шишках семян и изменение их нормального соотношения по полу (Мамаев, Шкарлет, 1971) при воздействии загрязненного воздуха; возникновение на загрязненных территориях, причем нередко на расстоянии до 6 км от источника загрязнения, зоны гибели растений (Владимиров, 1980)].

18.      Фитоценогенез и флорогенез на отдельных территориях [уменьшение числа видов сосудистых видов растений и водорослей при загрязнении нефтью (Шилова, 1978); возникновение фитоценозов с иным видовым составом растений, в частности, низкорослых березовых лесов при воздействии выбросов медеплавильных заводов].

Даже при незначительной концентрации загрязнителей длительное влияние на растения загрязненного воздуха приводит к уменьшению интенсивности их фотосинтеза и к замедлению их роста, а также к упрощению и распаду ценозов. Характерно, например, изреживание древостоев и уменьшение видового состава флоры в степных районах возникающие под влиянием дымогазовых выбросов металлургических и коксохимических предприятий.

Химические загрязнители оказывают влияние на патогенную активность потребителей растений, их численность, видовое разнообразие и количественное соотношение друг с другом. Установлено, что в березняках, загрязненных ⁹⁰Sr, личинки пилильщиков поражают 93,5% листьев, в то время как в неразряженных березняках количество пораженных листьев не превышает 2,5%. На территориях, подвергнувшихся промышленному задымлению, среди насекомых – фитофагов преобладают фитофаги с колюще – сосущим ротовым аппаратом (Боченко, 1971).

Для нейтрализации загрязнителей или уменьшении их концентрации вблизи промышленных зон и в черте города выживают зеленые насаждения. Они обогащают воздух кислородом, фитонцидами, способствуют рассеиванию вредных веществ и поглощают их (Хвастунов, 1999). Лесные культуры площадью 1га способны осадить их воздуха 25-34 т взвешенных веществ в год, усвоить огромное количество углекислого газа и других вредных веществ, очистить около 18 млн. м³ воздуха за год. Фитонциды выделяемые деревьями, очищают воздух городов от бактериального загрязнения. Оказывая большое влияние на чистоту воздуха, растительность сама при этом повреждается и гибнет.

Продолжительность жизни деревьев в городах и промышленных зонах сокращается по сравнению с условиями леса в 5-8 раз (липа в лесу живет 300-400 лет, а в городе – 50 лет) (Артамонов, 1986; Вронский, 1996).

При озеленении территории следует выбирать древесные, кустарниковые и газонные растения в зависимости от почвенно-климатических условий, качественного и количественного состава выбросов, закономерностей рассеивания загрязняющих веществ в атмосферном воздухе в данной местности, эффективности данной породы для очистки воздуха от конкретного загрязнителя или их комбинации (пыле - газопоглощение), а также ее пыле – и газоустойчивости в реальной ситуации.

Высокой устойчивостью к диоксиду серы обладают клен ясенелистный, роза морщинистая, чубушник венечный. Но они обладают низкой поглотительной способностью. Высокой поглотительной способностью и устойчивостью отличаются тополь бальзамический, дерен белый (Кулагин, 1974).

На промышленных площадках, сильно и постоянно загрязненных сероводородом, успешно растут яблоня дикая, вишня степная, алиссум морской. Сероводород менее токсичен для растений улавливается ими в меньшей степени, чем диоксид серы или сероуглерод.

Поглощение диоксида азота обусловлено двумя процессами: в нейтрализации образующихся кислот и восстановлением азота с включением его в состав аминокислот. Диоксид азота поглощается растениями в 3 раза более интенсивно, чем оксид азота (Вронский, 1996).

Диоксид азота поглощают клен серебристый, рябина обыкновенная, тополь бальзамический, липа мелколистная, береза повислая.

При совместном присутствии в атмосферном воздухе аммиака и диоксида азота липа мелколистная и тополь бальзамический предпочтут аммиак.

Оксид углерода усваивается кленом американским, бирючиной обыкновенной, ольхой белой, елью обыкновенной. Каждый 1м² листовой поверхности высших растений усваивается за 1 сутки от 12 до 120 кг оксида углерода. На свету оксид углерода усваивается значительно лучше, чем в темноте.

Пылеосаждающая способность древесного растения зависит от площади поверхности листьев (хвои), массы и плотности кроны, скорости концентрации пыли в воздушном потоке, расположения посадок, а также от частоты дождей, смывающих пыль с листьев.

Накопление хлоридов в листьях в пределах 0,7-1,5% вызывает наиболее сильные повреждения у каннского каштана обыкновенного, сирени обыкновенной, ясеня зеленого и слабые – у вяза сладкого, ивы белой, тополя канадского (Сергейчик, 1985).

По характеру действия посадки разделяют на изолирующие и фильтрующие. Изолирующими называются посадки плотной структуры, которые создают на пути загрязненного воздушного потока механическую преграду, заставляющую поток обтекать массив. При нормальных метеоусловиях они снижают содержание газообразных примесей на 25-35% путем рассеивания и отклонения загрязненного воздушного потока, а также поглощающего действия зеленых насаждений. Фильтрующими называют посадки, продуваемые и разреженные, выполняющие роль механического и биологического фильтра при прохождении загрязненного воздуха сквозь массив.

Эти посадки являются основными для санитарно-защитных зон (Воскресенская с соавт., 2004).