Действие выбросов на растительность

     Если  газовая атака приходится на конец лета, деревья совершенно не страдают. Правда, листья их будут поражены сернистым газом и опадут на 4-6 недель раньше здоровых. Однако ветви и почки к этому времени уже достаточно сформированы, хорошо защищены от газовых повреждений и иссушения. Они вполне готовы к последующей перезимовке.

     Иное  дело, когда газовая атака приходится на более ранний период - середину лета. В этом случае она оказывается  губительной для дерева. Пораженные листья отмирают, а новых листьев  не появляется. Безлистные молодые ветви, еще не «созревшие» и плохо защищенные от потери воды, быстро гибнут от иссушения в жаркую погоду. А с ними гибнет и все дерево.

     Столь же катастрофические последствия вызывают газовые атаки в конце весны - начале лета. В это время нежные молодые побеги деревьев интенсивно растут и почти совсем не защищены от вредного действия газов. Они погибают целиком.

     Поражение деревьев сернистым газом зависит  в сильной степени не только от времени года. Важно и то, как  расположены деревья на местности, на каких участках они растут - повышенных или пониженных. Дело в том, что газовые потоки обычно стелются по поверхности земли и скапливаются в понижениях рельефа. Это особенно заметно в гористой местности. Здесь сернистый газ «оседает» в плохо продуваемых и глубоких горных долинах, причем долго застаивается, оказывая губительное воздействие на деревья. На местности с дюнным рельефом газовые массы скапливаются в понижениях между дюнами.

     «Прижимание»  газовых потоков к земле особенно вредит растениям, имеющим небольшую высоту. В сильной степени страдают, например, некоторые низкорослые кустарники (ракитник русский, дрок красильный). Когда сернистый газ стелется по поверхности земли, в лесу погибает подрост (молодые низкие деревца). В то же время взрослые крупные деревья остаются живыми. Кроны их располагаются достаточно высоко над землей.

     Вредное действие сернистого газа сильнее проявляется  не только в понижениях местности, но и на лесных опушках. Деревья, стоящие  на краю леса, больше повреждаются, чаще отмирают.

     Надо  заметить, что сернистый газ оказывает  на деревья не только прямое действие, отравляя их хвою и листву, но и косвенно, через почву, резко ухудшая ее свойства. Это касается прежде всего  верхнего почвенного слоя, в котором  сосредоточена основная масса тонких, сосущих корней растений. Условия для развития корней становятся крайне неблагоприятными, и деревья сильно страдают.

     Дело  здесь в том, что сернистый  газ, взаимодействуя с почвенной  влагой, образует сернистую кислоту. Поэтому происходит резкое подкисление почвы, а это пагубно влияет на растения. Особенно сильно подкисляются самые верхние горизонты, где величина рН достигает величин, характерных для очень кислого торфа верхового болота. Одновременно резко возрастает и гидролитическая кислотность. Крайне неблагоприятно для растений также сильное обеднение почвы питательными веществами, которое является следствием подкисления. В верхних горизонтах существенно снижается содержание кальция и магния, обеспечивающих необходимый уровень почвенного питания.

     Итак, под влиянием сернистого газа в почве происходят крайне нежелательные изменения. Они сводятся к сильному подкислению верхних почвенных горизонтов и обеднению их питательными веществами. Особенно ухудшаются свойства подзолистых и дерново-подзолистых почв, которые и в своем естественном исходном состоянии достаточно бедные и кислые.

     Мы  уже упоминали прежде, что сернистый  газ поступает в атмосферу  из различных источников. Особенно много его выбрасывают в воздух медеплавильные заводы. И это вполне понятно. Сырьем для выплавки меди служит медный колчедан, богатый серой. Руда подвергается плавке при высокой температуре (1300-1500°). При этом сера сгорает и образуется много сернистого газа, который выбрасывается в воздух. Для улавливания этого вредного газа созданы специальные очистные устройства. Однако сернистый газ улавливается с трудом. Даже самые совершенные установки не в состоянии полностью очистить заводской дым от этого вредного вещества. Влияние медеплавильных заводов на окружающие леса довольно хорошо изучено. На Южном Урале, в окрестностях медеплавильных заводов, выбросы в атмосферу сернистого газа привели к сильным нарушениям растительного покрова. Большие массивы ценных горных лесов из сосны и лиственницы сменились березняками, а часть площади оказалась совершенно безлесной. В одном из районов Южного Урала были детально прослежены изменения растительности по мере удаления от медеплавильного завода, т. е. при постепенном ослаблении воздействия сернистого газа. Эти изменения наблюдали, двигаясь от завода на восток, по направлению господствующих ветров. В результате выявилось следующее. На протяжении первых 1-2 км идет зона постоянного задымления. На этой территории газовые атаки бывают ежегодно в течение всего периода вегетации, причем до 10 и более таких атак относятся к числу сильных. Лесная растительность здесь полностью отсутствует. Вырубки остаются безлесными, деревья на них не восстанавливаются. Вследствие разрушения и смыва почвенного слоя эти территории, прежде занятые лесом, превращаются в голые каменистые склоны. На незначительных участках с сохранившейся почвой развиваются группировки вейника лесного, пырея ползучего и фрагменты горной степи.

     Дальше  на протяжении следующих 3 км идет зона периодического задымления. В этой зоне газовые атаки также бывают ежегодно, но только одна-две из них сильные, причем они приходятся на середину лета. Из лесных растительных сообществ здесь встречаются исключительно березняки, образованные березой повислой. Деревья березы обнаруживают явные признаки угнетения: в кронах заметны сухие ветви, иногда засыхает верхушка. Некоторые деревья отмирают. На крутых склонах, где полностью смыта почва, распространены березняки, совершенно лишенные живого напочвенного покрова. На пологих склонах развиваются березняки с господством вейника лесного на почве. В этих условиях отмечается достаточно интенсивное семенное возобновление березы.

     Следующая далее зона эпизодического задымления имеет протяженность 2-3 км. Воздействие  сернистого газа здесь еще меньше. Сильные газовые атаки бывают не ежегодно, а только один раз в 5-10 лет. Причем таких атак за год отмечается не более одной-двух, и приурочены они к середине лета. В данной зоне распространены как березняки, так и сосняки. Под пологом леса хорошо возобновляется береза, местами имеется подрост сосны.

     Сернистый газ пагубно влияет в лесу не только на деревья и кустарники, но и  на все остальные растения. Очень  чувствительны к нему, например, лишайники. Там, где воздух практически  свободен от сернистого газа, в лесу встречается много лишайников. Они почти сплошь покрывают стволы деревьев в их нижней части, развиваются на ветвях. Но там, где в воздухе появляется даже самая незначительная примесь ядовитого вещества, лишайники погибают. Так бывает в парках и на улицах крупных городов, например Москвы, Ленинграда. Здесь никогда нельзя обнаружить ни одного лишайника на стволах и ветвях деревьев. Они совершенно не переносят присутствия в воздухе сернистого газа даже в ничтожно малом количестве. Такую же картину можно, конечно, наблюдать и в природе, в лесу, если данное место находится не очень далеко от предприятия, выбрасывающего в воздух ядовитый газ. Иначе говоря, лишайники - хорошие индикаторы присутствия в атмосфере даже небольшой примеси двуокиси серы. При этом разные виды лишайников неодинаково чувствительны к загрязнению воздуха. Среди них можно найти относительно устойчивые и совершенно нестойкие. Но это, так сказать, противоположные полюсы. Между ними есть все переходы. Можно построить последовательный ряд, расположив разные виды лишайников в порядке убывания или, наоборот, возрастания их чувствительности к двуокиси серы. Зная набор видов лишайников, растущих в каком-либо месте, специалист-лихенолог может в общих чертах судить о степени загрязненности воздуха сернистым газом. Для этого, конечно, нужно знать и чувствительность каждого вида. Использование лишайников как индикаторов степени загрязненности воздуха не только теоретически возможно, но и осуществляется практически (так называемая лихеноиндикация).

     Вот конкретный пример, показывающий, как меняется флора лишайников в зависимости от степени загрязненности воздуха сернистым газом.

     В северо-восточной Словакии исследовали  растительность окрестностей металлургических заводов, которые выбрасывают в  атмосферу двуокись серы. Были изучены  участки с различной загрязненностью воздуха. По содержанию в воздухе сернистого газа выделили три зоны - сильного, умеренного и незначительного загрязнения. В первой зоне, при наибольшем загрязнении, отмечены существенные повреждения высших растений, полностью отсутствовали все виды лишайников. Во второй зоне высшие растения были повреждены очень слабо или совсем не имели повреждений. На почве встречались некоторые лишайники (например, виды рода кладония). Однако, на стволах деревьев их совершенно не было. Наконец, в третьей зоне, при наименьшем загрязнении, лишайники встречались не только на почве, но и на стволах деревьев (виды рода ксантория, пармелия).

     Из  сказанного ясно, что лишайники, поселяющиеся на деревьях (эпифиты), более чувствительны  к загрязнению воздуха сернистым газом, чем те, которые растут на почве.

     Чутко реагируют на присутствие в воздухе  двуокиси серы не только лишайники, но и зеленые лесные мхи. Среди этих маленьких обитателей леса тоже есть виды более устойчивые к сернистому газу и, напротив, очень чувствительные. Есть, конечно, и все переходы от тех к другим. Разные виды сильно различаются по своей чувствительности. Особенно нетерпимы к загрязнению воздуха, например, некоторые виды рода дикранум, которые встречаются на почве в лесу. Представители этого рода очень обычны в тех хвойных лесах, где под деревьями развивается сплошной моховой покров и воздух достаточно чист. Но если есть хотя бы слабое загрязнение сернистым газом, эти мхи исчезают. Они первыми отзываются на воздействие ядовитого вещества. Лес в целом мало меняется, многие растения остаются, а эти мхи уже выпадают из состава растительного сообщества. Чтобы уменьшить вред, причиняемый сернистым газом, рекомендуют вносить известь в почву под лесом. Благодаря этому уменьшается подкисление почвенного слоя и улучшается минеральное питание деревьев. Условия жизни древесных растений делаются более благоприятными, что повышает их стойкость к сернистому газу. В лучших почвенных условиях деревья становятся более «сильными», они меньше страдают от загрязнения воздуха.

         Фториды. 

     Последствия воздействия фторидов на процессы обмена в клетке в общих чертах схожи с воздействием диоксида серы, хотя их механизмы, естественно различаются. Фториды содержатся во всех растительных тканях, однако их избыток может оказывать  токсическое действие. Большинство растений способно накапливать в листьях концентрации фторидов  до 100 – 200 млн.^-1 и более, без каких – либо отрицательных последствий. Некоторые виды, например, чай и камелия, могут накапливать фториды в листьях в очень высоких концентрациях – нормальное содержание их составляет несколько сот миллионных долей. Для большинства растений порог токсичности равен 50 – 100 млн.^-1 фторидов и при более высоких концентрациях могут происходить изменения в процессах обмена и в структуре клетки. Гранулирование, плазмолиз и сплющивание хлоропластов являются первыми симптомами, которые можно наблюдать под микроскопом. В сосновых иглах наблюдается гипертрофия питающих клеток флоэмы  и передающей ткани; аналогичные симптомы наблюдаются  и в других стрессовых ситуациях, например при увядании и  при засыхании. Фториды воздействуют на целый ряд ферментов и обменных процессов. В растениях, окуренных парами HF, могут  наблюдаться изменения в содержании органических кислот, аминокислот, свободных сахаров, крахмала и других полисахаридов; эти изменения происходят до проявления видимых симптомов. Фториды изменяют механизм распада глюкозы, что может вызвать отклонения от нормального развития листьев. Воздействие на ферменты приводит к ингибированию реакции, которая осуществляется с участием этого фермента. Хотя непосредственное влияние может оказываться только на одну из стадий многостадийного процесса, тем не менее, это приводит к нарушениям всего процесса в целом. Это относится, в частности, к процессу фотосинтеза, который, ингибируется фторидами. Один из механизмов воздействия на фотосинтез состоит в ингибировании хлорофилла. Добавки больших количеств магния позволяют конпенсировать ингибирующее действие в экспериментах. Фториды способны также влиять на фотосинтез через энергетические процессы, в которых участвуют аденозинфосфаты и нуклеотиды. 
 

       Магнезитовая пыль.  

     Как мы уже знаем, промышленные предприятия  выбрасывают в воздух много всевозможных веществ, вредных для растений. К числу таких выбросов относится и магнезитовая пыль. Она представляет собой сильно распыленную двуокись магния, к которой примешиваются окись кальция, кремнезем, сажа. Однако эти примеси составляют не более 20%. Основой же является двуокись магния.

     В чем причина вредного воздействия  магнезитовой пыли на растения? Прежде всего - в том, что она при взаимодействии с водой образует плотную цементирующуюся  массу, которая покрывает поверхность  листьев, хвоинок, ветвей. Вредно и другое - магнезитовая пыль сильно подщелачивает среду. А это очень опасно для растений. Когда на листьях накапливается много пыли и при этом выпадает дождь или роса, образуются капли щелочного раствора. Такой раствор оказывает обжигающее действие.

     Магнезитовую  пыль выбрасывают в атмосферу  магнезитовые заводы. Пыль образуется в процессе обжига руды при температуре 600-1200°. Благодаря высоким заводским  трубам, достигающим 60 м, эта пыль далеко разносится вокруг потоками воздуха.

     Воздействие ее на растительный покров было обстоятельно изучено на Южном Урале. Последствия запыления оказались очень серьезными: погибли некоторые горные сосняки, появились безлесные пространства. Те массивы соснового леса, которые еще сохранились в окрестностях магнезитовых заводов, находятся под угрозой гибели, постепенно отмирают.

     Различные древесные породы по-разному реагируют  на воздействие магнезитовой пыли. Одни из них более устойчивы к запылению, другие менее. Сильнее всего страдает от магнезитовой пыли сосна. И самое уязвимое место дерева - хвоя. Именно хвоинки, покрытые снаружи только тонким слоем кожицы, особенно чувствительны. Они слабее всего защищены от неблагоприятных внешних воздействий. При растворении магнезитовой пыли на поверхности хвоинок образуются капельки щелочного раствора. А эта ядовитая жидкость может частично проникать в глубже лежащие живые ткани, вызывая отравление клеток.

     Надо  отметить, что от воздействия магнезитовой пыли страдают только молодые хвоинки, возраст которых меньше года. У  этих хвоинок защитная кожица особенно нежная, еще не вполне сформированная. Пораженные хвоинки хорошо заметны - они имеют болезненный светло-зеленый или желтовато-зеленый цвет. Кроме того, они короче здоровых. Эти хвоинки в первый год жизни не погибают. Отмирание их происходит только на втором году, в начале вегетационного периода. Сначала хвоинки краснеют или буреют, а затем опадают.