5 Газочувствительность и газоустойчивость. Воздухоочищающее действие растений

Чувствительность и устойчивость к токсичным газам – разные аспекты реагирования растений. Газочувствитель­ность отражает скорость и степень проявления у растений патологической реакции при воздействии газа. Обычно она снижается при усилении ксероморфности, а древесные рас­тения в целом менее чувствительны к загазованности, чем травянистые. Наиболее чувствительные виды служат индика­торами загрязнения. В озеленительной практике давно ис­пользуются специальные шкалы чувствительности растений к атмосферным поллютантам.

Газоустойчивость определяют как способность растения противостоять действию газов, сохраняя нормальный рост и развитие. Например, ель (Picea abies) чувствительна к сернистому газу, сосна (Pinus sylvestris) еще чувствительнее, но она одновременно и более устойчива, чем ель. Из-за слабой кутикулы очень чувствительна к вредным газам лиственница (Larix), но она же и очень устойчива к ним из-за ежегодного сбрасывания хвои. Такое выключение газовоспринимающего аппарата (устьиц) позволяет ей неплохо сохраняться в городах. Определение газоустойчивости важно в озеленительной практике, особенно при использовании вечнозеленых растений, листва которых долго находится под воздействием повреждающих газов.

Реакция одних и тех же растений на различные газы нео­динакова. Например, кукуруза (Zea mays) очень чувствительна к высокой концентрации HF и очень устойчива к воздействию SО₂. Фасоль (Phaseolus vulgaris) и томат (Lycopersicon) чувстви­тельны к воздействию азотсодержащих газов и относительно устойчивы к воздействию HF, а капуста (Brassica oleracea), тыква (Cucurbita реро) и лук (Allium сера) устойчивы к азотсодержащим газам и неустойчивы к HF и SО₂.

Отмечено большое разнообразие растений по газоустойчи­вости. Она зависит от состояния ассимиляционного аппарата и корневой системы растений, фазы их развития и возраста, интенсивности роста и экологической пластичности видов, эколого-географического происхождения и положения в фи­логенетической системе.

Виды газоустойчивости

Газоустойчивость связана с разными биологическими осо­бенностями растений. На основании этого Ю.З. Кулагин (1973) выделил несколько видов газоустойчивости. Анатомическая газоустойчивость связана со структурными особенностями ра­стений, ограничивающими газообмен и затрудняющими про­никновение газов в ткани. Она характерна для ряда суккулентов и многих растений с жесткими листьями, например азалии (Rhododendron), самшита (Buxus) и др. Физиологическая газоус­тойчивость основана на особенностях взаимодействия внут­ренних тканей с окружающим воздухом. Биохимическая газо­устойчивость базируется на защите систем обмена веществ и ферментных комплексов. Особую роль в этом играет окисляемость клеточного содержимого (газоустойчивость тем выше, чем она меньше). Габитуальная газоустойчивость уменьшает возможности контакта листьев и цветков с токсичными газами из-за высоты растения, особенностей ветвления, образования стланиковых и подушковидных форм и др. Феноритмическая газоустойчивость определяется несовпадением во времени воздействия газа и критических периодов вегетации. Анабио­тическая газоустойчивость связана с периодами покоя рас­тений. Регенерационная газоустойчивость обусловлена спо­собностью быстро восстанавливать поврежденные органы благодаря повторному облиствению и побегообразованию. Популяционная газоустойчивость зависит от раз­ных возможностей и потребностей особей разных возрастных состояний, представленных в популяции. Фитоценотическая газоустойчивость связана с вертикальной и горизонтальной неоднородностью фитоценоза, препятствующей проникнове­нию газов.

Газоустойчивость обычно характерна для определенных ро­дов и семейств растений, что связано с их анатомо-морфологической и физиолого-биохимической спецификой.

Фитоиндикация загрязнения атмосферы

Возможность возникновения синергетических и антагони­стических эффектов совместного действия факторов обуслов­ливает принципиальную некорректность оценок опасности поллютантов, базирующихся исключительно на данных хи­мико-аналитического контроля. Поэтому во многих случаях перспективен биологический мониторинг, позволяющий по­лучать интегрированную оценку последствий действия суммы загрязняющих веществ. Очень чувствительны к внешним воз­действиям генеративные органы, поэтому эффективная оцен­ка опасности загрязнения возможна по параметрам репродук­тивной способности растений (семенной продуктивности, массе и размерам семян, их всхожести, а также морфологи­ческим нарушениям у семян и проростков и т.д.).

У высших растений физиологические повреждения атмо­сферными токсикантами часто сопровождаются ожогами, не­кротическими пятнами, побурением листьев и отмиранием их краев, формированием уродливых форм (смятых, скрученных и др.). У древесных растений хорошими индикаторными признаками могут служить явления, связанные с нарушением водного обмена – опадение листьев и суховершинность. Рост поврежденных деревьев ослабляется, кольца в древесине стано­вятся более узкими. При больших дозах токсических веществ может произойти полная дефолиация и гибель растений.

В определении степени загрязнения воздуха используются особо чувствительные высшие растения, например отдельные сорта гладиолусов (Gladiolus) и тюльпанов (Tulipa), которые служат хорошими индикаторами загрязнения фтористым во­дородом. Биоиндикатором может служить и распространен­ный мятлик однолетний (Роа annua), чувствительный к токси­ческим газам. Показателями загрязнения воздуха могут быть и некоторые древесные растения. Так, у лещины (Corylus), платана (Platanus), катальпы (Catalpa) повреждение листьев происходит при хроническом действии уже небольших кон­центраций SО₂.

Хорошими показателями чистоты воздуха являются ли­шайники, на чем основан принцип лихеноиндикации. Много­кратно показано, что распространение лишайников в городах хорошо отражает степень загрязнения атмосферы. Предложе­ны специальные лихенометрические индексы и формулы рас­чета атмосферного загрязнения, учитывающие состав, число видов и встречаемость разных типов лишайников. Периоди­ческое картирование эпифитных лишайников позволяет вести мониторинг атмосферного загрязнения.

На практике во многих случаях важна ранняя диагностика начавшегося поглощения вредных веществ. Морфологические повреждения еще могут отсутствовать, но уже обнаруживаются химические, функциональные и некоторые структурные измене­ния. Для ранней диагностики начавшегося повреждения могут служить повышение концентрации вредных веществ в расте­нии, сдвиг рН на поверхности органов и в тканях, изменение активности ферментов (одни ингибируются, а другие повыша­ют активность), распад хлорофилла, показатели депрессии фотосинтеза, изменения белкового обмена и мобилизации вто­ричных метаболитов, нарушение роста, снижение урожая, из­менение проницаемости клеток, флуоресценция и др. Однако в целом картина газовых повреждений часто многообразна и неспецифична: одно и то же вещество может вызывать раз­ные эффекты у разных растений, а один и тот же симптом может быть вызван разными веществами.

Наряду с высокочувствительными растениями в качестве биоиндикаторов часто используются и газоустойчивые виды. Благодаря своей выносливости они могут накапливать вред­ные вещества, почему их относят к аккумулирующим индика­торам. Обнаружить действие некоторых токсикантов (S0₂, HF, НС1) на растения по аккумулирующим индикаторам можно с

Воздухоочищающее действие растений

Одна из важных практических задач городского хозяйства – создание систем санитарно-защитных насаждений для лока­лизации и нейтрализации промышленных газов. Зеленые на­саждения в условиях загрязненной атмосферы играют роль фитофильтров. Прежде всего они очищают воздух путем меха­нического осаждения твердых частиц. Так, 1 га елового леса за год связывает 32 т твердых час­тиц воздуха, а 1 га букового насаждения – 68 т. Другое их действие по очистке воздуха – частичное поглощение и детоксикация вредных газов.

Наиболее эффек­тивны в очистке воздуха от вредных примесей лиственные насаждения, за ними следуют смешанные и затем хвойные. Учитывая различную степень газоустойчивости растений, озеленителям предложены списки древесных пород, специально разработанные для разных зон загрязнения.