Промышленные выбросы и их влияние на лесную растительность

Кислотные дожди, образующиеся в результате промышленного загрязнения атмосферы, в комплексе антропогенных факторов, отрицательно действующих на природную среду занимают особое место по масштабам и опасности воздействия.

Кислотность той или иной среды обуславливается наличием свободных ионов H+. Концентрация свободных ионов водорода обозначается символом pH. Показатель pH химически чистой воды при 20°C равен 7,0. Растворы с pH <7,0 – кислотные, с pH> 7,0 - щелочные. Вещества, способствующие снижению pH, называются кислотообразующими. В атмосферу кислотообразующие вещества попадают не только в результате хозяйственной деятельности человека, но и вследствие природных явлений (например, при извержениях вулканов, землетрясениях). Принято считать, что при pH, равном 5,6 и отсутствии других примесей атмосферные осадки не загрязнены. Кислотные осадки имеют pH ниже 5,6.

Кислотообразующие вещества при взаимодействии с водяными каплями облаков образуют кислоты, а затем соли кислот, нередко еще более токсичные, что приводит, таким образом, к выпадению кислотных дождей. Это сопровождается существенными негативными экологическими последствиями. В настоящее время выпадение кислотных дождей стало широко распространенным явлением, приводящим к существенному закислению природной среды и заметным экологическим изменениям на территории целых регионов.

При этом кислотные дожди могут выпадать на расстоянии многих сотен и тысяч километров от источников первичного выброса веществ. В широком смысле к кислотным осадкам относят собственно дождь, снег, туман, сухое осаждение аэрозольных частиц, поглощение газов подстилающей поверхностью, вызывающие появление на последней свободных ионов водорода, обуславливающих формирование кислой среды.

К наиболее распространенным антропогенным загрязняющим веществам относят: окислы серы, азота, озон, соединения углерода, фтора, хлора и др., а также твердые и жидкие аэрозоли различного происхождения: продукты неполного сгорания топлива, отходы плавильного производства черных и цветных металлов, выбросы цементных заводов, продукты трансформации первичных поллютантов. Леса поражаются в наибольшей мере двуокисью серы и кислотными осадками, образованными преимущественно серной и азотной кислотами. К числу поллютантов антропогенного и природного происхождения относятся также озон, фтор, хлор. Другие фитооксиданты оказывают на леса менее отрицательное влияние в силу их ограниченного распространения.

Сера поступает в атмосферу не только в результате природных процессов (деятельность микроорганизмов, бактерий, разложение органического вещества почвы, извержение вулканов, морские брызги и т.д.), но и в результате хозяйственной деятельности человека. Большая ее часть (96%) в атмосферу поступает в виде оксида серы вследствие сжигания угля и нефтепродуктов. Доля суммарного выброса оксидов, по данным Ю.А. Израэля и др., составляет: производство тепла и электроэнергии – 37%, промышленность – 13%, транспорт – 50%. Диоксид серы в основном выбрасывается при производстве тепла и электроэнергии(55%).

Соединения серы по своему отрицательному воздействию на окружающую среду занимают одно из первых мест среди загрязняющих веществ. Негативные последствия этого воздействия отмечены не только вблизи источников выбросов, но и на весьма значительном расстоянии от них.

Вредное влияние загрязненного воздуха на растения происходит как путем прямого воздействия газов на ассимиляционный аппарат, так и путем косвенного воздействия через почву. Отмечается, что прямые эффекты происходят за счет повышенного содержания диоксида серы в атмосферном воздухе и носят в основном локальный характер. Среди вторичных эффектов закисления природных сред можно назвать поражение наземной растительности за счет смены метаболических процессов в почве и соответствующего изменения характера питания растений.

Важным последствием воздействия диоксида серы является понижение устойчивости растений к засухе, морозу, засолению почв, вредителям, болезням. Накопление вредных веществ в почве приводит к своеобразной патологии: гибели полезной микрофлоры, нарушению роста, отравлению корневых систем и нарушению минерального питания, что, в свою очередь, способствует снижению плодородия и усилению мутационных процессов.

Внешние признаки поражения древесных растений проявляются различно, в зависимости от загрязнителя и лесорастительных условий.

П.С. Пастернак и др. отмечают, что установить четкую зависимость между загрязнениям атмосферы и повреждаемостью лесных насаждений сложно, поэтому важно использовать биоиндикаторы загрязнений воздуха. Наиболее пригодны в качестве индикаторов организмы, занимающие наиболее низкие трофические уровни, прежде всего, лишайники, особенно чувствительные к техногенному загрязнению атмосферного воздуха. Общая деградация эпифитного лишайникового покрова позволяет судить о наличии загрязнения. Если лишайники покрывают не менее половины поверхности комлевой части ствола на высоте 0,5-2,0м, воздух в лесу можно считать чистым, при покрытии менее 10% поверхности ствола – воздух сильно загрязнен.

В.А.Алексеевым (1990) предлагается шкала категорий жизненного состояния деревьев по характеристике кроны: здоровое дерево, ослабленное(поврежденное), сильно ослабленное (сильно поврежденное), сильно ослабленное (сильно поврежденное), отмирающее дерево, сухостой. Им выделяется V классов лесных экосистем по жизненному состоянию.

1. Класс не нарушенных атмосферным загрязнением лесных экосистем (без признаков ослабления). Древостой по жизненному состоянию «здоровый». Никаких симптомов повреждений от загрязнения ни у одного из компонентов экосистем не отмечается. В I классе выделяются эталонные леса для сравнительного изучения поврежденных экосистем.

2. Класс начального повреждения лесных экосистем (ослабленные). Нарушается или разрушается покров эпифитных лишайников. Преобладают здоровые деревья и жизненное состояние древостоев не имеет существенных (более 10%) отклонений от соответствующего показателя незагрязненных лесов. Леса II класса обычны при региональном типе загрязнения атмосферы, наблюдаются в сфере действия выбросов мощных тепловых электростанций.

3. Класс поврежденных лесных экосистем (сильно ослабленные). Доля здоровых деревьев составляет в лесах этого класса менее 50% как по числу, так и по объему. Поврежденность древостоев достигает 20-49%. Происходит отмирание ветвей в верхней части кроны. Покров эпифитных лишайников практически разрушен. На распространение лесов этого класса дополнительно влияет длительное региональное загрязнение.

4. Класс сильно поврежденных лесных экосистем (усыхающие). В древостоях таких экосистем здоровые деревья основного лесообразователя единичны или отсутствуют. Подрост и подлесок повреждены. Это зоны разрушения экосистем, которые вокруг крупных комбинатов по выплавке цветных металлов занимают десятки и сотни тысяч гектаров. Существенное значение в ухудшении жизненного состояния растений здесь имеет изменение почвенных условий. В случае регионального загрязнения сильно поврежденные леса возникают как результат дополнительного воздействия других абиотических или биотических стрессов. При этом само загрязнение может играть роль триггерного механизма, вызывающего ослабление экосистем и провоцирующего тем самым дальнейшее развитие неблагоприятной ситуации, в частности, вспышки численности насекомых-вредителей.

5. Класс полностью разрушенных экосистем (усохшие – свежий и старый сухостой). Леса отсутствую, возможны остатки разрушенных древостоев с сильно поврежденными и отмирающими особями.