Примеры применяемых на практике тест-растений

Табак Bel W3. Этот сорт выведен специально для биоиндикации озона. Уже при слабом воздействии О₃ через несколько дней на листовой пластинке густо образуются некротические пятна серебристого цвета. Этот сорт хорошо зарекомендовал себя в ряде стран и нашел более широкое применение по сравнению с другими индикаторами (виноград, фасоль, шпинат, крапива, петуния).

Метод заключается в экспонировании растений в различных условиях местообитания и определении степени поражения листовых пластинок хлорозом. При подготовке исследований должна быть строго соблюдена методика выращивания табака. Растения выращиваются на гидропонике с питательным раствором при температуре 24°С и рН 5,5-6,0. На каждый участок помещается по 72 экземпляра табака. При этом обеспечиваются достаточный полив и затенение на 40-50%. По оценочным шкалам определяется интенсивность хлороза в баллах, которая затем служит материалом для составления карт полей озона. Методика широко используется в Западной Европе - с помощью этого метода составлены карты загрязнения озоном крупных регионов

Некрозы хвои и продолжительность ее жизни у сосен, поврежденных дымом. Особенно удобными параметрами являются верхушечные некрозы хвои и проложительность ее жизни; их можно определять круглогодично, на основании этих параметров создают картосхемы зон газодымового стресса.

При определении морфологических изменений следует учитывать влияние воздействие климатических и эдафических (почвенных) факторов на устойчивость растений. При газовом загрязнении на формирование некрозов решающим образом влияет влажность и освещенность. При высокой влажности воздуха и почвы растения становятся особенно восприимчивыми; зимой снижение устойчивости вызывается низкими температурами.

Очень большое экологическое значение и большую опасность для жиз­ни человека, животных и растений имеют различные примеси к нормально­му естественному составу воздуха. В связи с ростом промышленного про­изводства в некоторых районах воздух перенасыщен газами и взвешенны­ми частицами угля, металлической пыли, сажей и другими вредными при­месями. Загрязнение воздуха вредными примесями в районах интенсивного производства неуклонно возрастает.

По данным Р. Гудериана (1979), выброс в атмосферу диоксида серы в ФРГс 1969 по 1980 г. увеличился с 3,5 до 4,6 млн. т; хлористого водоро­да с 1971 по 1980 г. - с 8 до 100 тыс. т. В США за период с 1960 по 1980 г. предполагается двукратное увеличение выбросов диоксида серы.

Во многих крупнейших городах, особенно в Токио, Лос-Анжелесе, Лон­доне, Эссене и некоторых других, трудно дышать из-за смога — густого тумана, образованного выбросами труб промышленных предприятий, не снабженных очистными сооружениями, выхлопными газами автомобилей. Особенно вреден фотохимический смог, возникающий в результате взаимо­действия дыма и выхлопных газов с солнечным излучением и содержащий большое количество оксида углерода. Выхлопные газы автомобильного транспорта наносят большой вред здоровью человека, так как в их составе имеются оксиды свинца, оксид углерода, оксиды азота и др.

Очень опасно заражение осадков радиоактивными веществами, кото­рые способны вместе с воздушными массами дважды обогнуть земной шар, прежде чем выпасть на Землю. Необходимо принять самые действенные и неотложные меры борьбы с загрязнением воздуха вредными примесями. В числе этих мер кроме установки дымо- и газоулавливающих фильтров на заводских трубах и постройки других технических сооружений, кото­рые не полностью очищают дым от газов и вредных примесей, необходи­мо обратить особое внимание на охрану и. восстановление нарушенного растительного покрова, являющегося естественным фильтром, очищающим 100 воздух от пыли и других вредных отходов производства. По данным Т. Келлера (Т. Keller, 1971), еловый лес, растущий на площади 1 га, способен связать 30 т, а буковый - 68 т пыли. Но задержанная на кронах деревьев пыль, в частности зола, образующаяся при сгорании бурого угля и содер­жащаяся в пыли, затем смывается дождем с поверхности растений и из­меняет рН почвы. Это отрицательно сказывается на жизнедеятельности корней древесных растений. Газообразные соединения и соли, выделенные из пыли и принесенные талыми водами из золоотвалов, угнетающе дейст­вуют на естественную культурную растительность. Из культурных растений особенно неустойчив к ним картофель. Наиболее вынослив к избытку хлоридов овес, а из сорняков — пырей.

Растительность может задерживать пыль и обезвреживать газы до оп­ределенных пределов. Чрезмерное их количество сначала угнетает, а затем приводит к гибели малоустойчивые древесные и травянистые растения. Наиболее сильно растения повреждаются вредными отходами производства там, где их концентрация наибольшая: вблизи химических заводов, домен­ных печей, нефтеперегонных заводов и других загрязняющих воздух предприятий. При этом гибнут не только отдельные растения, но и леса, особенно хвойные. По мере удаления от источника загрязнения концентра­ция газов в воздухе снижается, и их отрицательное воздействие на расти­тельность уменьшается. Однако неблагоприятное влияние кислых газов прослеживается на расстоянии до 5-7 км и даже до 30 км от источника задымления! В настоящее время многочисленными исследованиями пока­зано, что наиболее вредное действие на растительность оказывает диоксид серы S0₂. Концентрация его в воздухе, равная одной миллионной доле и даже меньше от общего объема воздуха, значительно повреждает рас­тительный покров. S0₂ вместе с другими газами (хлором, триоксидом серы, оксидами азота, углерода и т.д.) выделяется при топке печей камен­ным углем.

Сущность вредного влияния S0₂ на растения сводится к сле­дующему; проникая в клетки тканей листа, он растворяется в воде и прев­ращается в сернистую" кислоту, которая, накапливаясь в клеточном соке, вызывает повышенное окисление содержимого клеток. В окислении кле­точного содержимого кроме S0₂ участвуют и другие кислые газы: хлор, триоксид серы, оксиды азота. При действии повышенных концентраций кислых газов, повышающих окисляемость клеточной среды, повреждаются хлоропласты и прилегающая к ним цитоплазма. Разрушаются хлорофилл, особенно хлорофилл "b", глютатион, аскорбиновая кислота и дру­гие вещества клетки. Слабеет или приостанавливается фотосинтез, что приводит к уменьшению или прекращению выработки углеводов и других веществ, к задержке роста. Диоксид серы - сильный восстановитель, он изменяет и нарушает окислительно-восстановительное равновесие кле­точной среды, уменьшает устойчивость биоколлоидов клетки.

Не все растения газоустойчивы в одинаковой степени. Например, хвой­ные - сосна и ель — повреждаются малыми концентрациями газов; другие переносят значительные концентрации S0₂ и других кислых газов без ви­димых повреждений. Если большие концентрации токсических газов воздуха губительны для растений, то малые и даже средние их величины не оказывают столь вредного влияния. В последнее время появляются работы, где показана приспособленность некоторых растений к газам и ве­ществам, загрязняющим воздух. Накопились данные о том, что примеси к естественному составу воздуха даже стимулируют рост некоторых расте­ний.

По мнению некоторых зарубежных ученых, стимулирующее влияние веществ, загрязняющих воздух, на рост объясняется тем, что некоторые растения, не получающие достаточного количества необходимых для их роста азотных соединений из почвы, используют диоксид азота из загряз­ненной атмосферы. По мере загрязнения воздуха растения постепенно приспосабливаются к нему. Многие исследователи считают, что необходи­мо создать особый раздел экологии — индустриальную экологию, который изучал бы адаптации растений к токсическим газам.

Нельзя смешивать понятия газоустойчивость и газочувствительность. Под газоустойчивостью понимают способность растений благодаря ана-томо-морфологическим, физиологическим и биохимическим особенностям выдерживать значительные концентрации токсических газов, сохраняя при этом свою жизненность и декоративность. Газочувствительность — это степень и быстрота проявления у растений признаков повреждения токсическими газами. В.М. Рябишга (1965) показал, что ель обыкновенная малочувствительна к S0₂ и другим кислым газам, но вместе с тем крайне неустойчива к ним, в то время как лиственница очень чувствительная и в тоже время довольно газоустойчивая порода. Газоустойчивость лиственницы объясняется тем, что она ежегодно обновляет свою хвою, в то время как хвоя ели многолетняя и подвергается воздействию токсических газов в течение ряда лет.

Н.П. Красинский (19S0), Е.И. Князева (1950) и другие авторы разли­чают три вида газоустойчивости растений.

1. Биологическая газоустойчивость, под которой понимают способность растений быстро восстанавливать поврежденные дымовыми газами части и органы, а также декоративность. Например, клен американский (Acer ne-gundo) повреждается S0₂ средне, но в силу свойственной ему биологичес­кой активности очень быстро восстанавливается.

2. Морфолого-анатомическая газоустойчивость связана с морфоло­гическими и анатомическими особенностями строения. Жесткие кожистые листья склерофитов, покрытые толстым слоем кутикулы, многослойным эпидермисом и восковым налетом, имеющие толстые наружные стенки кле­ток и другие признаки ксероморфной структуры,препятствующие проникно­вению токсических газов в цитоплазму к хлоропластам, менее повреждаются S0₂ и другими газами, чем листья тонкие, нежные, с тонкой кожицей, не пок­рытые восковым налетом. Так, ель обыкновенная отличается крайне слабой газоустойчивостью. Ока сильно угнетается при незначительной концентра­ции S0₂ в атмосфере. Однако американские ели — колючая (Picea pun-gens) и Энгельмана (P. engelmanm), особенно их голубые и серебристые формы, довольно устойчивы к этому газу. Хвоя этих елей покрыта воско­вым налетом, препятствующим проникновению оксида серы внутрь хвои -к клеткам мезофилла. Значительная газоустойчивость суккулентов также объясняется тем, что они имеют толстый слой покровных тканей, развитый восковой налет, малое количество устьиц. Все это, препятствуя проветри­ванию тканей листа, приводит к резкому снижению газообмена и к умень­шению проникновения токсических газов в клетки.

3. Физиологическая газоустойчивость зависит от физиолого-биохими-ческих особенностей растений. Некоторые представители семейства капуст­ных, например, не способны к быстрому восстановлению поврежденных листьев и побегов и не имеют ясно выраженной ксероморфной структу­ры и других приспособлений, препятствующих проникновению газов в клетки листа, и тем не менее газоустойчивы. Их газоустойчивость можно объяснить только физиолого-биохимшчеекими свойствами цитоплазмы их клеток.

У большинства растений эти три вида газоустойчивости существуют одновременно, у других преобладает тот или иной вид гаэоустойчивости.

Загрязненность воздуха оказывает на растения угнетающее воздействие. Тормозятся ростовые процессы, значительно изменяется развитие растений: сдвигается цветение, сокращается вегетационный период, наблюдаются преждевременные листопад, изменение других фенофаз. Из всех органов растений в первую очередьи в наибольшей степени повреждаются газами листья.

Различают острые и хронические повреждения растений газами.

Острое повреждение происходит при действии на растения токсического вещества высокой концентрации в течение нескольких минут и часов и вызывает необратимые нарушения в структуре ассимиляционных тканей. Эти нарушения отчетливо различимы визуально по появлению ожогов, снижению тургора листьев, пониканию и в дальнейшем опаданию.

Хроническое повреждениерастений происходит при систематическом проникновении в листья и стебли небольших доз токсикантов. Внешне симптомы выражены слабее. Характерными признаками хронического поражения растений являются сокращение плотности облиствения крон деревьев, уменьшение линейных размеров ассимиляционных органов, преждевременный листопад, снижение прироста деревьев по высоте и диаметру, частичная или полная потеря плодоношения, а в отдельных случаях формирование нежизнеспособных семян.

Степень повреждения оценивается по доле некротических участков в общей площади места (%) и по пятибальной системе со следующими значениями некроза листьев:

1) очень слабые ожоги листьев

2) слабые

3) средние

4) сильные

5) очень сильные

Степень повреждения растений кислыми газами зависит от влажнос­ти воздуха, температуры и других экологических факторов. В.Г. Актинов (1962), В.М. Рябинин (1965) и другие исследователи показали, что в мес­тах с повышенной влажностью воздуха дым и газы концентрируются в нижних слоях атмосферы. По этой причине в низинах, где обычно застаи­ваются туманы, наблюдается острое отравление растений диоксидом и трн-оксидом серы. Повреждения растений токсическими газами особенно уси­ливаются при одновременном повышении относительной влажности и тем­пературы воздуха. Концентрация S0₂ и других газов в воздухе зависит от силы и направления ветра по отношению к источнику задымления. Как пра­вило, с повышением скорости ветра, особенно на открытых местах, кон­центрация газов в приземном слое воздуха понижается.

На газоустойчивость растений влияет режим питания, особенно азотно­го. В.А. Гусева (1950) показала, что при подкормке растений нитратной формой азотных удобрений (NaN0₃) общая окисляемое» клеточного со­держимого окуренных S0₂ растений и окисляемое» водонерастворимых веществ снижаются, уменьшается разрушение аскорбиновой кислоты и глютатиона.Впоследствие этого газоустойчивость подкормленных селитрой растений по сравнению с контрольными значительно повышается. Однако аммонийная соль действует на газоустойчивость значительно слабее селит­ры.

Газоустойчивость разных групп растений далеко не одинакова. Осо­бенно чувствительны к S0₂ и другим газам лишайники, мхи и некоторые эпифиты. Наствольные лишайники - наиболее надежные показатели чис­того воздуха, поэтому они отсутствуют на деревьях в промышленных го­родах. Неустойчивость лишайников к загрязнению атмосферы дымовыми газами Р. Гудериан (1979) объясняет их слабой регенеративной спо­собностью. В то время как у высших растений, особенно у однолетников, поврежденные газами ассимиляционные ткани быстро заменяются новыми, чаще всего менее чувствительными к дымовым газам, ткани лишайников растут очень медленно, и в условиях долговременного воздействия газов их отравление продолжается до полной гибели всего слоевища. Лишайни­ки особенно чувствительны к дымовым газам при длительном дефиците влаги. Травянистые растения, как правило, более устойчивы к дымовым газам, чем древесные.

Повреждаемость деревьев и кустарников токсическими газами также не одинакова. Особенно слабоустойчивы к дымовым газам сосна и ель. H.JI. Красинский показал, что газоустойчивость растений определяется их систематическим положением. Наиболее газоустойчивы растения из семейств ивовые (Salicaceae) и жимолостные (Caprifoliaceae), среднеус-тойчивы представители кленовых (Асегасеае), камнеломковых (Saxi-fragaceae) и маслинных (Oleaceae), очень сильно повреждаются кислыми га­зами виды семейства бобовых (Leguminosae).