Влияние загрязнения воздуха и кислотных дождей
на растения
Лист растения,
подобно легкому человека, может
функционировать только тогда, когда способен к газообмену с окружающим
воздухом. Следовательно, он, как и легкое, чрезвычайно чувствителен к
атмосферному загрязнению.
Это загрязнение выступает в разных формах. Иногда оно создается
твердыми частицами. Они могут быть органическими (например, в дыме,
образующемся при сгорании ископаемого топлива и мусора) или
неорганическими (в частности, пыль цементных и металлургических
предприятий, соединения свинца, выделяющиеся при сжигании
этилированного бензина). Будучи главным компонентом
«смога», эти частицы снижают количество солнечного
света, достигающего земной поверхности, а также оказывают прямое
повреждающее воздействие на растения. Они могут засорять устьица,
препятствуя их функционированию, или (особенно металлические) выступать
в качестве ядов.
Фтористые соединения, попадающие в воздух в виде отходов фосфатного,
сталелитейного, алюминиевого и других производств, действуют как
кумулятивные яды, проникая в лист через устьица и разрушая ткани листа,
по-видимому, за счет ингибирования ферментов, участвующих в синтезе
целлюлозы. Тысячи гектаров цитрусовых рощ Флориды пострадали от
выбросов фторидов с предприятий фосфатных удобрений.
При обработке руды, содержащей серу, образуется сернистый газ:
2CuS + 3О2 → 2СuО +
2SО2.
Это соединение имеет неприятный остросладкий вкус (необычным его
свойством как загрязнителя воздуха является то, что вкус ощущается при
меньших концентрациях в атмосфере, чем запах). Оксиды серы образуются
также при сгорании ископаемого топлива, содержащего этот элемент. Во
влажном воздухе они реагируют с водой, образуя капельки серной кислоты,
обладающей сильным коррозионным действием и входящей в состав
кислотного дождя. В некоторых районах США местность буквально
превратилась в пустыню под влиянием выбросов в атмосферу SO2
и
металлов. Еще в 1905 г. была начата борьба с загрязнением воздуха в
окрестностях медеплавильных предприятий в шт. Теннесси, но и сейчас
роскошные леса, когда-то распространенные здесь, полностью отсутствуют.
Погибла вся растительность, а питательные вещества из почвы вымыты
кислотой. Вокруг медеплавильных заводов долины Сакраменто в Калифорнии
растительность уничтожена на площади 260 км2, а
еще на 320 км2 ее рост сильно подавлен.
Наиболее распространенная форма атмосферного загрязнения в Калифорнии
– фотохимический смог, образующийся при действии солнечного
света на автомобильные выхлопы. Район Лос-Анджелеса –
«идеальное» место для его возникновения, так как
жизнь здесь тесно связана с использованием автомобиля, а горы к северу
и востоку образуют барьер, препятствующий циркуляции воздуха. Многие
виды растений не могут выживать не только в самом городе (это типично и
для многих других крупных городов), но и на расстоянии 160 км от него,
где смог, распространяющийся из этого бассейна, повреждает
сельскохозяйственные культуры и губит в горах сосновые леса.
Один из главных компонентов фотохимического смога – двуокись
азота (NО2) , возникающая при любых процессах
горения в воздухе (в
сухом виде он содержит 77% азота), поэтому присутствующая и в
автомобильных выхлопах. Под влиянием света NО2
расщепляется на NO и
атомарный кислород. Последний чрезвычайно реакционноспособен и образует
с молекулярным кислородом озон.
Сходные реакции под влиянием ультрафиолетового излучения происходят в
верхних слоях атмосферы, образуя озоновый экран. Озон может также
возникать при электрических разрядах, давая
«свежий» запах после грозы. Это вещество
высокотоксично. У растений оно повреждает тонкостенные палисадные
клетки, изменяя, по-видимому, проницаемость мембран – клеток
и хлоропластов. Другой компонент фотохимического смога – ПАН
(пероксиацетилнитрат – С2Н3О5N).
Он в
несколько раз токсичнее озона, но обычно присутствует в воздухе в
гораздо меньших концентрациях. Наличие в атмосфере 0,25. млн-1
фотохимического смога снижает фотосинтез на 66%.
В настоящее время большую озабоченность вызывает вредное влияние на
окружающую среду кислотного дождя. «Нормальный»
дождь; выпадающий в незагрязненных районах, обычно имеет рН 5,6.
Сжигание ископаемого топлива и обработка сульфидных руд приводит к
выделению в атмосферу больших количеств оксидов серы и азота, которые,
реагируя здесь с водой, образуют сильные кислоты (серную и азотную).
Дождь и снег в этих условиях имеют рН меньше 5,6, т. е. по определению
являются кислотными. Такие осадки сейчас широко распространены,
особенно в Западной Европе, на востоке США и юго-востоке Канады, где
среднегодовое значение их рН составляет 4-4,5. Кроме того, отдельные
ливни бывают здесь гораздо более кислотными. В Шотландии, Норвегии и
Исландии зарегистрированы дожди с рН 2,4, 2,7 и 3,5 соответственно.
Попытка уменьшить локальное загрязнение путем увеличения высоты труб
промышленных предприятий создала региональные проблемы. Загрязнители,
выбрасываемые высокими трубами, распространяются по воздуху на большие
расстояния. Например, считается, что более 75% серы в дожде, выпадающем
в Скандинавии, образуется на Британских островах и в Центральной
Европе. Влияние кислотного дождя на растения понятно не до конца, но
исследуется повсеместно в Северном полушарии. Показано, что он
замедляет рост лесных пород в Швеции. Экспериментальный кислотный дождь
повреждает листья и тормозит прорастание семян. В последние несколько
лет площадь пострадавших лесов в ФРГ увеличилась с нескольких процентов
до более 50%.
Особенно заметно влияние кислотного дождя на популяции рыб, фактически
погибшие в подкисленных озерах некоторых районов земного шара.
Предполагается, что это обусловлено главным образом не прямым
понижением рН воды, а повышением концентрации в ней алюминия. Этот
металл, составляющий около 5% земной коры, почти нерастворим в
нейтральной или щелочной среде и вследствие этого биологически
неактивен. Однако в результате кислотных дождей концентрация
растворенного алюминия в некоторых озерах может возрасти до уровня,
токсичного для рыбы и других водных организмов. Растворимость других
токсичных металлов, в частности свинца, кадмия и ртути, также резко
увеличивается с понижением рН.
А. Повреждение листа ежевики (Rubus) сернистым газом; пораженные
участки окружены здоровой тканью. Б. Повреждение озоном листа табака
(Nicotiana tabacum) проявляется в виде штрихов или крапин отмершей
ткани на его верхней поверхности. При тяжелом поражении озоном такие
крапины сливаются в более обширные пятна, заметные на обеих
поверхностях. В. Когда оксиды серы и азота реагируют в атмосфере с
водой, образуются серная и азотная кислоты, выпадающие на землю в
составе кислотных дождей.