Анализ критериев опасности загрязнения атмосферы для растений
Анализ критериев опасности загрязнения атмосферы для
растений
К.Б.Бакиров, к.г.н. (КРСУ); К.Д.Дуйшоков, к.ф.-м.н.
(Институт автоматики НАН КР)
Целью
этой работы является исследование вопроса влияния загрязнения атмосферы г.
Бишкек на растительность. При этом рассматривались следующие вопросы: 1)
значение растений в биосфере Земли; 2) роль растений в очищении атмосферы; 3)
указание наиболее чувствительных растений для условий г. Бишкек; 4) оценка
критериев опасности загрязнения и установления пороговых концентраций,
приводящих к повреждению и гибели растений и 5)указание мероприятий которые
способствуют уменьшению воздействия загрязнения атмосферы на растительность.
Растительность
- не только продукт органической материи на земле, но также с ее значительным
участием формируются почва, климат и погода, круговорот материи и энергии,
создаются экологические условия, необходимые для существования всех других
живых организмов, включая человека. Поэтому охрану природы на современном этапе
следует рассматривать не столько как сохранение отдельных организмов и
сообществ, а преимущественно как сохранение естественных процессов поддержания
и регуляции круговорота веществ и энергии в биосфере, обеспечивающих
продолжение жизни на земле [8]. Так как растительность (продуценты) стоит у
истоков всех биогеохимических, экологических и энергетических процессов в
биосфере, то она является одним из наиболее важных компонентов, определяющих
благополучие биосферы и жизни на земле.
Уменьшение
загрязнения среды следует добиваться преимущественно технологическими
способами. Однако даже самые совершенные очистные сооружения не в состоянии
избавить нас от выбросов вредных веществ. Среди вспомогательных способов
регуляции чистоты воздуха большое значение, несомненно, имеет биологический
способ (поглощение и переработка вредных веществ и газов растениями), так как
афтоторфный характер метоболизма позволяет им ежедневно перерабатывать огромные
массы воздуха.
Лес
служит тем уникальным “насосом“, который перерабатывает и перекачивает “огрехи“
человеческой деятельности [8]. Известно, что в солнечный день, например, 1 га
леса поглощает 220-280 кг диоксида углерода и выделяет 180-220 кислорода, а все
леса планеты за год “пропускают“ через себя более 550 млрд. т диоксида углерода
и возвращают человеку около 400 млрд. т кислорода. Кроме того, леса поглощают
большое количество пыли (1 га леса за год - от 32 до 63 кг пыли в зависимости
от своего состава), выделяют очень ценные для человека вещества - фитонциды,
способные убивать болезнетворные микробы (1 га леса в сутки дает 2-4 кг
фитонцидов, а 30кг их достаточно для уничтожения вредных микроорганизмов в
большом городе).
Вредное
влияние загрязненного воздуха на растения происходит, как путем прямого
действия газов на ассимиляционный аппарат, так и путем косвенного воздействия
через почву [8]. Причем прямое действие кислых газов приводит к отмиранию
отдельных органов растений, ухудшению роста и урожайности, а также качества
сельскохозяйственной продукции. Накопление же вредных веществ в почве
способствует уменьшению почвенного плодородия, своеобразному засолению почв,
гибели полезной микрофлоры, нарушению роста, отравлению корневых систем и
нарушению минерального питания. Аккумуляция газа в экосистеме идет с участием
трех компонент: растительности, почвы и влаги. В зависимости от
погодно-климатических условий, солнечной радиации и влажности почв может
изменяться поглотительная способность и удельный вес этих компонент.
Загрязнение
атмосферы приводит к значительному повреждению растительности. Во многих
городах и вблизи них исчезают сосна и другие породы деревьев. Например, в
Центральной Европе повреждено почти 1 млн. га хвойных лесов, или 10% общей
площади леса [8]. Общая площадь пораженных лесов, значительная часть которой
связана с воздействием загрязнения атмосферы, в Европе (без СНГ) и Северной
Америке составляет более 6 млн. га, в том числе в Германии - 39 млн. га, Польше
- 0.38 млн. га, Чехии и Словакии 0.3 млн. га, в Канаде 1 - 1.5 млн. га, США -
0.5 млн. га.
Лишь
благодаря поглотительной деятельности растений, почвенной и водной среды
происходит очищение атмосферного воздуха. Однако возможности этих систем не
безграничны. Более того, они не справляются с поглощением и обезвреживанием
суммарного годового выброса. Этим можно объяснить “отказ” растительности
регулировать содержание СО2 в воздухе [8]. Так, в Англии
интенсивность фотосинтеза древесных насаждений снизилась более чем в 5 раз.
Загрязнение воздуха из локального (до конца ХХ века) превратилась в глобальное.
Доказано, что загрязненный воздух из Германии достигает Норвегии, Швеции, а из
Японии – США.
Физические
исследования позволили высказать гипотезу о причинах роста концентрации
углекислого газа в атмосфере Земли [8]. С одной стороны, это вызвано ростом
потребления, сжигания и переработки топлива и углеродосодержащих материалов, а
с другой - уменьшением годичной продуктивности автотрофных организмов в
наземных и водных экосистемах. Последнее вызвано: 1) заменой более продуктивных
естественных лесных фитоценозов на искусственные и менее продуктивные (сельхоз.
угодья занимают уже более 10% суши); 2) подавлением фотосинтеза у растений под
влиянием повышения фона загрязнения воздуха, воды и почвы. Известно, что агроценозы,
даже самые высокоурожайные, уступают естественным лесным фитоценозам по
суммарной за год (на единицу площади) биологической продуктивности, а,
следовательно, фотосинтезирующей деятельности, которая обеспечивает утилизацию
CO2 и регенерации кислорода.
Подавление
фотосинтеза у наземных растений на значительных площадях промышленных стран
стало непреложным фактом, так как оно уже ощутимо при концентрации SO2
0.03-0.05 мг/м3. Следовательно, годовой выброс всех вредных
эксгалатов на Земле приближается к предельному или допустимому уровню, который
может утилизироваться и обезвреживаться в биосфере с участием (в первую
очередь) продуцентов. Вместе с тем это заставляет искать и разрабатывать методы
контроля качества среды и добиваться международного решения вопроса ограничения
загрязнения биосферы.
Известны
чувствительные растения - индикаторы, не выносящие даже очень слабого
загрязнения воздуха. Под влиянием очень слабых концентраций сернистого газа мхи
и лишайники первыми исчезают из состава фитоценозов. К действию фтора очень
чувствительны гладиолусы.
Кислые
газы, нарушая рост и развитие растений (неоднократная смена листьев, вторичный
рост побегов, а иногда и вторичное цветение), могут снижать устойчивость их к
другим неблагоприятным факторам; засухе, заморозкам, засолению почв.
Повреждения
(ожоги) делят по характеру их проявления и изменению физиолого-биохимических
процессов у растений на: острые (катастрофические), хронические и невидимые.
Различают
пять степеней повреждения растений сернистым газом в зависимости от
концентрации его и продолжительности поглощения листьями: отсутствие
повреждений, скрытые, хронические, острые и катастрофические.
Активации
повреждаемости растений газами способствует повышенная температура, влажность
воздуха и солнечная радиация, т.е. факторы повышающих газообмен и поглощение
токсичных газов. При пониженной освещенности и ночью повреждаемость растений
уменьшается. Прекращение газообмена зимой у хвойных пород также предохраняет их
от повреждений.
Исследования
[8] показали, что зеленые растения более чувствительны к различным газам, чем
животные и человек. Допустимая максимально- разовая концентрация SO2
для растений оказалось равной 0.02 мг/м3 (для животных и человека
0.05 мг/м3). Большая чувствительность растений связана с большей
скоростью проникновения газа и автотрофным характером их метаболизма.
В
табл.1, составленной [5] с учетом данных Фогля и др. [11] и Вейнстейна и
Маккюна [12], существующие типы и масштабы последствий атмосферных
загрязнителей на различных уровнях организации экосистемы предложены в качестве
основы для дальнейших исследований. При таком сопоставлении устанавливается
взаимосвязь между влиянием на клеточном уровне и реакциями всего растения или
даже растительного сообщества в целом. Процесс воздействия начинается с
поступления загрязнителя в клетку, далее на растительный организм и, в конечном
счёте на растительные сообщества в целом.
Прежде
чем дадим оценку влияния вредных примесей на растения, рассмотрим уровень
загрязненности атмосферы г. Бишкек, который наблюдался в период наибольшего
развития промышленности. Уровень загрязнения воздуха в Бишкеке в конце 80-х
годов был очень высоким [2]. Для атмосферы города характерно было значительное
содержание пыли и бенз(а)пирена: средние за год концентрации составляли
соответственно 7 и 14 ПДК. Наибольшие уровни содержания бенз(а)пирена
наблюдались вблизи вокзала и железной дороги. В 6 км от железной дороги
концентрация снижается почти в 8 раз. Максимальные разовые концентрации пыли,
окиси углерода и двуокиси азота составляют 10-16 ПДК, других веществ 2-3 ПДК.
Существенный вклад в высокий уровень запыленности воздуха вносили северная
промышленная зона, а также ТЭЦ-1, мелкие котельные предприятия легкой и пищевой
промышленности.
Таблица
1
Классификация
действия атмосферных загрязнителей на растения
|
Клетка
Похожие работы на - Анализ критериев опасности загрязнения атмосферы для растений
|