В. И. Артамонов

Растения и чистота природной среды

АКАДЕМИЯ НАУК СССР

Ответственный редактор доктор географических наук Б. Б. Прохоров

Рецензенты: доктор биологических наук Г. В. Лебедев,

кандидат биологических наук Л. В. Денисова

Введение

Проблема загрязнения окружающей среды не случайно стала одной из самых злободневных проблем современности. В связи с интенсивным развитием промышленности и транспорта в атмосферу, гидросферу и почву поступает все большее количество вредных веществ. Каковы же пути решения проблемы защиты окружающей среды от токсических примесей?

Надо смотреть правде в глаза: невозможно превратить нашу Землю в сплошной заповедник, остановить технический прогресс. Еженедельно население земного шара, согласно статистике, увеличивается на 1 млн 400 тыс. человек. Ученые предсказывают, что к концу второго тысячелетия население земного шара достигнет шести миллиардов человек. Это население нужно прокормить, обеспечить одеждой и жилищем. Люди нуждаются во все большем количестве полезных ископаемых, в создании новых производств. Таким образом, возврат к первобытной нетронутой природе невозможен.

Как же сохранить в чистоте воздушный и водный бассейны, почву? Существуют различные подходы к решению данной проблемы. Она находится в последнее время в центре внимания мировой общественности. Важное значение указанной проблеме придается и в нашей стране.

Один из основных путей улучшения окружающей человека среды связан с усовершенствованием технологии, с прекращением поступления вредных веществ в воздушный и водный бассейны, а также в почву. Этот путь сопряжен с созданием систем очистки отходов промышленности, с установкой более совершенных фильтров и т. д.

Однако этот путь не может быть единственным. Предположим, что на предприятиях мы создали самые совершенные системы очистки. Тем не менее природная среда будет продолжать загрязняться в результате, например, попадания в нее продукции химической промышленности вследствие ее плохой упаковки, транспортировки, хранения и неумеренного использования.

И здесь уместно отметить всевозрастающую роль сельского хозяйства в загрязнении природной среды. Постоянно увеличивающиеся темпы использования в сельском хозяйстве минеральных удобрений, химических кормовых добавок, химических средств защиты растений приводят к такому загрязнению окружающей среды, с которым трудно бороться. В зонах повышенного увлажнения около 20 % удобрений, вносимых в почву, попадает в водотоки, причем очистные сооружения не могут избавить питьевую воду от этих компонентов.

Очистка воздуха и воды невозможна без затраты энергии. Между тем производство энергии на тепловых станциях также сопряжено с загрязнением окружающей среды. Так, при получении электроэнергии в количестве 1 кВт ч с помощью тепловых станций в окружающую среду попадает 14 г шлака, 80 г золы, 4 г окислов азота и ряд других веществ. Таким образом, очистка веществ в одном месте всегда сопряжена с загрязнением окружающей среды в другом. К тому же извлечение загрязняющих веществ из атмосферы и гидросферы сопряжено с их последующим захоронением, т. е. опять-таки с загрязнением определенной зоны окружающей среды.

Одним из крупнейших источников загрязнения окружающей среды является автомобильный транспорт, особенно в наиболее населенных городах мира (Лос-Анджелес, Нью-Йорк, Токио, Мехико). Автомобили выделяют в воздух более 200 различных веществ, многие из которых представляют опасность для здоровья людей. Усовершенствования двигателей внутреннего сгорания, приводящие к уменьшению поступления в атмосферу вредных веществ, перекрываются ростом числа автомобилей. Переход к массовому электротранспорту не может быть осуществлен быстро. На пути широкого использования электромобилей стоит целый ряд проблем: отсутствие эффективных и дешевых аккумуляторов, растущий дефицит цветных металлов, нехватка электроэнергии (по подсчетам специалистов для зарядки аккумуляторов электромобилей потребовалось бы в полтора раза больше электроэнергии, чем ее количество, вырабатываемое ныне всеми электростанциями мира), недостаточная изученность проблемы влияния электрического поля на водителей электромобилей и т. д.

Вот почему наряду с совершенствованием очистных сооружений, со всемерным ограничением поступления в окружающую среду токсических веществ, необходимо усилить работы, связанные с их удалением из природной среды. И здесь нам на помощь приходят наши друзья — растения.

Растения являются основой существования жизни на Земле. В процессе фотосинтеза из углекислого газа и воды ими создаются органические вещества, которые служат продуктами питания человека, сырьем для промышленности и строительства, кормом животных. Растения защищают почву от ветровой эрозии, принимают участие в регулировании круговорота воды на нашей планете, оказывают влияние на климат.

За последние годы все более отчетливо вырисовывается еще одна исключительно важная функция растений — очистка природной среды от всевозрастающего количества загрязнителей. Подобно фильтру они очищают воздух от пыли, сажи и вредных газов. Некоторые из поглощенных веществ подвергаются в растительных организмах детоксикации. Образующиеся при этом нетоксические продукты могут частично выделяться в окружающую среду. Таким образом, сдвиги в экологической обстановке явились основой принципиально новых звеньев в биологическом круговороте на нашей планете. В данном процессе растения играют первостепенную роль, и ничто не может заменить их деятельности.

Нужно иметь в виду, что растения сами по себе с сильной степени страдают от загрязнения окружающей среды. Задача ученых заключается в том, чтобы выяснить механизмы устойчивости растений к вредным веществам и разработать мероприятия, направленные на защиту растений от токсических примесей. Целый ряд растений может быть широко использован для индикации загрязнений атмосферы и гидросферы. Рассмотрению этих вопросов и посвящена настоящая книга.

Глава 1. Влияние основных загрязнителей природной среды на растения

Основными источниками загрязнения атмосферы являются электростанции, работающие на угле, предприятия угольной, металлургической и химической промышленности, цементные, известковые, нефтеперерабатывающие и другие заводы, отопительные системы, а также транспорт. В последние годы пальма первенства в загрязнении атмосферы больших городов переходит к автомобильному транспорту.

Ядовитые вещества могут попадать в атмосферу не только в результате работы транспорта, промышленных и отопительных установок. Нередко они становятся достоянием природной среды из-за аварий на химических заводах. Несколько лет назад в итальянском городе Севезо произошла утечка газов в результате взрыва на химическом заводе «Икмеза». Атмосфера, вода и почва были отравлены диоксином, вызывающим у людей и животных тяжелые заболевания кожи, внутренних органов и нервной системы. В Севезо и в окружающих населенных пунктах сотни людей попали в больницы. Специалисты-медики высказывают опасения, что последствия трагедии в Севезо могут сказываться еще в течение ряда лет, поскольку некоторые заболевания, вызываемые диоксином, носят скрытый характер, проявляющийся, в частности, в виде врожденных пороков у детей тех, кто оказался подвергнутым воздействию ядовитого таза.

Большую опасность представляет попадание в природную среду ядовитых веществ в процессе проведения военных операций. Широкий резонанс в мире получило использование американскими интервентами во Вьетнаме отравляющих веществ типа «эйджент ориндж». В результате массированного распыления гербицидов в Южном Вьетнаме была уничтожена растительность почти на половине посевных площадей. Жертвами стали сотни тысяч людей. Губительные последствия использования химического оружия во Вьетнаме ощущаются и поныне.

Среди веществ, загрязняющих воздух, особенно большое значение имеют двуокись серы, галогены и их соединения, озон, окислы азота, окись углерода, сероуглерод, сероводород, аммиак, этилен, а также твердые пылевые частицы (копоть, пепел, цементная, известковая, каменная и угольная пыль, частицы, содержащие металлы и их соединения, и др.).

Сильное загрязнение испытывает не только воздушный, но и водный бассейн. Загрязнение океанов, морей, рек, озер, прудов, а в последнее время и грунтовых вод стало весьма острой проблемой. Следует отметить, что существует постоянная связь между атмосферой и гидросферой: загрязненные воздушные массы являются важным источником загрязнения водоемов.

По подсчетам ученых, две трети населения земного шара страдает от недостатка чистой питьевой воды в результате ее загрязнения. Ежегодно от употребления загрязненной воды заболевает около 500 млн человек и умирает 5 млн детей. В природных водах США токсические вещества встречаются в концентрациях, в 100—1000 раз превышающих предельно допустимые для питьевой воды. Весьма неприятным является тот факт, что в некоторых местах в подземных водах их содержание является еще более высоким. Согласно данным федерального управления по борьбе с загрязнением вод, только в бассейне Нижнего Колорадо и в водохозяйственном районе Южной Калифорнии годовой ущерб, нанесенный загрязнением вод, выражался в 1970 г. в размере 17 млн. долларов.

Не один раз собирались представители Средиземноморских стран для разработки совместного плана борьбы с загрязнением вод Средиземного моря и его побережья. Однако на пути осуществления благих намерений стоят финансовые трудности. Подсчитано, что для проведения эффективной операции по борьбе с загрязнением потребуется около 5 млрд долларов.

Между тем отравление Средиземного моря идет полным ходом. Концентрация вредных примесей, особенно мазута, нефти, синтетических моющих средств, в его водах постоянно растет. Специалисты не без оснований предсказывают ему мрачную судьбу.

«Рекордсменами» в области загрязнения этого объекта являются Италия, Франция и Испания. Италия, например, ежегодно сбрасывает в Средиземное море около 600 тыс. т промышленных отходов, половина из которых — нефтепродукты. Огромное количество токсических веществ поступает в этот водоем по крупнейшей водной артерии Италии р. По.

Критического уровня достигло загрязнение морской среды, окружающей Турцию. В наибольшей степени пострадали от загрязнения воды двух заливов — Измирского и Золотого Рога. Бесконтрольный слив ядовитых отходов коммунальных и промышленных предприятий, который год от года растет, сделал большие участки акваторий безжизненными.

Загрязнение вод наносит огромный ущерб здоровью людей, нарушает их отдых, мешает занятиям спортом. Из-за загрязнения сокращается поток туристов во многие районы Средиземноморского побережья. Живописные места, некогда привлекавшие массу отдыхающих, в настоящее время пустуют. Рыбаки теряют заработки, так как рыба гибнет или становится непригодной к употреблению в пищу. Помимо огромного экономического ущерба загрязнение вод наносит еще и значительный эстетический урон.

Дальнейшая эскалация загрязненности морей и океанов чревата самыми серьезными последствиями. Совершенно правильно писали но этому поводу Б. Уорд и Р. Дюбо: «Сброс в океан слишком большого количества вредных веществ, инсектицидов, удобрений, всевозрастающее загрязнение морской воды нефтью, засорение речных эстуарий — все это делает реальным предположение о том, что может наступить такой момент, когда океан перестанет служить человеку».

Загрязнение морей и океанов осуществляется различными путями:

1. В результате поступления промышленных и сточных вод непосредственно в море или с речным стоком.

2. Поступление с суши различных веществ, используемых в сельском и лесном хозяйствах, других видах хозяйственной деятельности.

3. Преднамеренное захоронение в море загрязняющих веществ.

4. Утечки различных веществ в процессе судовых операций.

5. Аварийные выбросы с судов и из подводных трубопроводов.

6. При разработке полезных ископаемых на морском дне.

7. Путем переноса загрязняющих веществ через атмосферу.

Наибольший удельный вес в общем объеме сточных вод занимают стоки металлургических предприятий. Предприятия черной металлургии и коксохимии сбрасывают в водоемы большое количество шламов, нефтепродуктов, фенолов, отходов травильных отделений, цианидов, аммиака, углеводородов и других веществ. Особенно широкий спектр загрязнений дают предприятия химической и нефтехимической промышленности: фенол, хлориды, нитраты и нитриты, сульфаты, ацетон, формальдегид, анилин, капролактам, бутиловый спирт, дибутилфталат, стирол, циклогексан, масла, смолы и многие другие. Дрожжевые и сахарные заводы выпускают в реки большое количество органических соединений, которые, интенсивно разлагаясь, приводят к истощению запасов кислорода в водоеме. Наряду с промышленными загрязнениями водоемы являются вместилищами бытовых сточных вод, объем которых достигает очень большой величины.

Количество веществ, загрязняющих гидросферу, огромно. В результате загрязнения водных источников для некоторых стран (например, ФРГ, Голландии) получение чистой питьевой воды превратилось в сложную проблему.

Токсические вещества загрязняют не только атмосферу и гидросферу. В силу циркуляции в окружающей среде они попадают в почву. В ряде случаев почва является конечным накопителем токсических компонентов атмосферы и гидросферы.

Загрязнение почвы происходит как в результате поступления промышленных, бытовых и транспортных отходов, так и в результате целенаправленного внесения химических веществ (пестицидов, минеральных удобрений, структурообразователей, осадка сточных вод). Часть веществ поступает в почву при оседании промышленных и транспортных отходов из атмосферы. О масштабах этого процесса свидетельствует следующий факт. В ФРГ из загрязненной атмосферы выпадает в виде пыли и вместе с осадками около 800 кг химических веществ на 1 га. Некоторая часть загрязнителей привносится в почву при орошении сточными и другими водами.

В настоящее время загрязнение окружающей среды носит глобальный характер. Оно охватывает атмосферу, гидросферу и почву.

Соединения серы

Среди соединений серы, загрязняющих окружающую среду, следует назвать сернистый газ, сероводород и сероуглерод.

Сернистый газ выделяется в атмосферу в результате переработки и сжигания органических веществ (каменного и бурого угля, нефти и нефтепродуктов, древесины), при производстве серной кислоты и серы, при плавке серосодержащих руд. Его выбрасывают тепловые электростанции, предприятия черной и цветной металлургии, коксохимические и цементные заводы, заводы по производству синтетических волокон, аммиака, целлюлозы.

По данным на 1978 г., ежегодно в мире выбрасывается в атмосферу 110 млн т сернистого газа, прячем 75 % этого количества приходится на долю Северной Америки и Западной Европы. Возрастание выброса в атмосферу сернистого газа за последние годы является прямым результатом энергетического кризиса. Когда он не ощущался, высокосернистые угли и мазуты почти не использовались в качестве топлива. Однако сейчас они активно сжигаются и служат одной из главных причин загрязнения атмосферы сернистым газом.

Двуокись серы является чрезвычайно токсичной для растений. Чем интенсивнее они поглощают ее, тем обычно сильнее выражены повреждения листьев. Повреждения листьев проявляются в их пожелтении, в возникновении ожогов, в сморщивании листовой пластинки, наконец в отмирании и опадении. Концентрация сернистого газа 1∙10-4 % уже приводит к преждевременному опадению хвои сосны. Если же она увеличивается, то хвоя может погибнуть за несколько часов. Молодые листья сильнее поглощают сернистый газ и более страдают от него, чем старые.

В опытах с соей показано, что между величиной площади повреждений листьев от сернистого газа и урожаем существует прямая зависимость. При отсутствии видимых повреждений листьев не было и потерь урожая. В Чехословакии в радиусе 2–3 км от металлургического предприятия сернистый газ вызвал снижение урожая клевера на 14,4, а льна — на 65,6 %.

Почему листья растений желтеют в присутствии сернистого газа? При растворении его в воде образуется сернистая кислота, которая проникает в хлоропласты и взаимодействует с зеленым пигментом хлорофиллом, вызывая превращение его в феофитин. Опыты показали, что количество феофитина возрастает в листьях тополя гибридного, подвергнутого воздействию сернистого газа. Снижение содержания хлорофилла отмечено в хвое сосны, ели, лиственницы и в листьях липы, тополя канадского, акации белой, березы бородавчатой, ольхи черной, граба восточного, боярышника однопестичного, житняка Смита, гороха, шпината. Уменьшение содержания хлорофилла под влиянием сернистого газа сопровождается падением уровня каротиноидов, особенно ксантофиллов.

Наряду со снижением количества хлорофилла сернистый газ вызывает существенные сдвиги в структуре мембран хлоропластов. Сами хлоропласты приобретают неправильную форму, окружающие их мембраны становятся тоньше, а внутренняя ламеллярная система деградирует. При повышении концентрации двуокиси серы ламеллярная система хлоропластов вообще разрушается.

Сдвиги в пигментной системе и структуре хлоропластов отрицательно сказываются на процессе фотосинтеза. Присутствие в воздухе сернистого газа снижает его интенсивность у сосны, ели, лиственницы, липы, фасоли, кормовых бобов. Ослабление интенсивности процесса фотосинтеза под влиянием сернистого газа отмечено также у березы бородавчатой, дуба черешчатого, жимолости татарской, клена остролистного и ясенелистного. У фасоли при относительно высокой влажности воздуха (71 %) ингибирование фотосинтеза составило 84 %, тогда как при низкой влажности (33 %) — лишь 44 %. Этот результат можно поставить в зависимость от скорости поступления газа в листья растений при разной влажности воздуха. В опытах с пеканом показано, что скорость фотосинтеза снижается пропорционально концентрации двуокиси серы в окружающей среде и количеству поглощенного газа. Растения, поглощающие сернистый газ более интенсивно, сильнее снижают скорость процесса фотосинтеза.

Каковы же молекулярные механизмы нарушения фотосинтеза под влиянием двуокиси серы? Исследователи считают, что устойчивое подавление фотосинтеза у растений вызвано уменьшением парциального давления углекислого газа в клетках из-за снижения его растворимости в подкисленной воде, конкуренцией сернистого и углекислого газа при поступлении в клетку и в хлоропласты, возрастанием сопротивления устьиц диффузии двуокиси углерода, подавлением нециклического фотосинтетического фосфорилирования.

Наряду с ослаблением интенсивности процесса фотосинтеза у фасоли под влиянием двуокиси серы происходит ингибирование транспорта органических веществ, причем механизм транспорта оказался даже более чувствительным к сернистому газу по сравнению с механизмом фотосинтеза, поскольку при низкой концентрации фитотоксиканта ингибирование транспорта не сопровождалось изменениями в фотосинтезе. В свою очередь, торможение транспорта органических веществ под влиянием сернистого газа может отрицательно сказаться на процессе фотосинтеза.

Таким образом, фотосинтез ослабляется в случае присутствия в окружающей среде двуокиси серы в результате действия комплекса факторов.

Что касается интенсивности дыхательного процесса, то она возрастает под влиянием двуокиси серы у сосны и ели. Интенсификация дыхания в этом случае, по-видимому, сопровождается снижением его энергетической эффективности, в результате чего высвобождающаяся при дыхании энергия не запасается в макроэргических связях АТФ. Количество АТФ в хвое проростков сосны в нолевых условиях оказалось обратно пропорциональным концентрации сернистого газа в окружающей среде. Это обстоятельство может быть следствием не только снижения энергетической эффективности дыхания, по и ослабления процесса фотосинтетического фосфорилирования, который, как мы уже отмечали, очень чувствителен к сернистому газу.

Как результат возрастания интенсивности дыхания и ослабления процесса фотосинтеза следует рассматривать снижение уровня сахаров в растительных тканях.

Следует отметить, что обработка некоторых лесных растений (ели, ольхи, березы) сернистым газом приводит к накоплению в листьях фенольных соединений, а огурцов и тыквы — к выделению этилена и этана. Образование этих веществ может явиться причиной торможения роста, старения растений, возникновения ростовых аномалий. Эти явления действительно имеют место при обработке растений данным фитотоксикантом. Так, например, у дуба болотного под влиянием кислотного дождя на листьях отмечалось появление галлов в результате гипертрофии и гиперплазии клеток мезофилла.

Следует обратить внимание и на тот факт, что сернистый газ, повреждая растения, способствует ослаблению их устойчивости к различным факторам, болезням и вредителям. Это обстоятельство может приводить к усилению деятельности насекомых-вредителей и распространению грибковых заболеваний. Так, например, отмершие под влиянием сернистого газа деревья и кустарники становятся очагами распространения короедов, корневой губки и др. Растения райграса и озимой пшеницы после обработки этим фитотоксикантом становились менее устойчивыми к низким температурам.

Сероводород поступает в атмосферу с выбросами коксохимических предприятий, при производстве искусственных волокон из вискозы и целлюлозы, в результате работы каменноугольных шахт, нефтепромыслов, нефтеперерабатывающих, коксовых, газовых заводов и т. д.

Признаки повреждения растений сероводородом — потеря тургора, появление светло-желтых и буро-черных пятен ожогов преимущественно в середине листовой пластинки. У клещевины под влиянием сероводорода формируется бороздчатая кутикула и аномальные устьица. Молодые листья более чувствительны к фитотоксиканту, чем старые.

В основе патологических изменений, вызываемых сероводородом у растений, лежит нарушение структуры цитоплазматических мембран, падение интенсивности фотосинтеза.

Окислы азота

Относительная доля окислов азота среди других загрязнителей окружающей среды постепенно увеличивается. В настоящее время выброс этих соединений в атмосферу Земли составляет 50 млн т, в том числе в США 8 млн т. Около 38 % окислов азота поступает в природную среду в результате работы автотранспорта. В выхлопных газах автомобилей содержится около 0,6 % окислов азота. 30 % общего количества этих соединений выбрасывается теплоэнергетическими установками и 20 % — предприятиями по производству азотных удобрений, азотной и азотистой кислот, апилиновых красителей, вискозы, целлулоида, фотопленки, нитросоединений.

Особое беспокойство ученых вызывает влияние окислов азота, выбрасываемых двигателями сверхзвуковых самолетов при полетах на высоте 20–25 км, на структуру озонового экрана, сдерживающего проникновение вредных для живых организмов ультрафиолетовых лучей. Этот защитный слой находится на высоте 22–30 км.

Опасения ученых базируются на том, что окись азота вызывает разрушение озона:

NO + O_3 → NO_2 + O_2.

Разрушают озон и фторорганические соединения, в частности фреоны. В настоящее время их мировое производство превысило миллион тонн в год, и почти все это количество в конечном счете уходит в атмосферу, поднимается в верхние ее слои и лишь тут разлагается под влиянием ультрафиолетовых лучей. Активные осколки фреоновых молекул разрушают слой атмосферного озона.

Все это может привести к возрастанию интенсивности ультрафиолетового излучения, достигающего поверхности Земли. Однако скорость и масштабы разрушения озонового слоя до сих пор остаются предметом дискуссии. По некоторым данным, за время наблюдений толщина озонового слоя уменьшилась на 5—10 %.

Для растений окислы азота менее ядовиты, чем сернистый газ. Так, например, двуокись азота в 1,5–5 раз менее токсична, чем двуокись серы. Характерный признак действия на растения этого фитотоксиканта — периферическое повреждение листьев, скручивание их вовнутрь, некроз и отмирание листовых пластинок. При хроническом действии этого газа у растений развиваются признаки ксерофитизма.

Окись азота в концентрации 0,08 мг/м^3 и больше задерживает рост и развитие овощных культур, снижает их урожайность и товарный вид.

Главной ареной действия этих фитотоксикантов является азотный метаболизм. Двуокись азота даже в очень слабых концентрациях (0,01 мг/м^3) вызывает нарушения азотного обмена у растений. При этом наблюдается уменьшение содержания белкового азота, тогда как количество небелкового увеличивается. При обработке двуокисью азота ежи сборной, тимофеевки луговой и мятлика лугового происходит значительное возрастание нитрат-редуктазной активности.

Наряду с нарушениями азотного обмена у растений под влиянием окислов азота имеют место сдвиги и в других звеньях метаболизма. В частности, под влиянием NO и NO_2 подавляется процесс фотосинтеза у томатов. В концентрации 10; 25 и 50 частей на 10^8 частей воздуха они оказывают почти одинаковое влияние на этот процесс.

В смесях газы оказывали аддитивное отрицательное действие на процесс фотосинтеза.

Изменения в интенсивности фотосинтеза под влиянием окислов азота могут быть результатом структурных изменений хлоропластов. Так, в клетках листьев табака, подвергшихся воздействию двуокиси азота, наблюдается локальная потеря хлоропластами ламеллярной структуры.

Кислоты

Двуокись серы и окислы азота, выбрасываемые высоко в атмосферу промышленными центрами Западной Европы, переносятся господствующими на континенте южными и юго-западными ветрами в Скандинавию. Встречаясь здесь с гористым рельефом и потоками холодного воздуха, насыщенного влагой, эти газы растворяются в осадках и превращаются в кислоты сернистую и азотную. Кроме того, около 5 % двуокиси серы окисляется в атмосфере до серного ангидрида, который под действием влажного воздуха преобразуется в серную кислоту. Наконец, серный ангидрид попадает в атмосферу в результате неисправностей на заводах по производству серной кислоты. На каждый 1 м^2 земной поверхности здесь приходится 0,8–1,2 г кислот, причем этот показатель постоянно растет. Согласно опубликованным данным, кислотность дождей, выпавших в Швеции в 1983 г., в десять раз выше, чем в 1969 г.

Кислотные дожди вызывают порчу памятников архитектуры, зданий и сооружений. Этот процесс имеет значение не только для Скандинавских стран. Кислотные дожди разрушают ценнейшие памятники Древней Греции и Рима. Правительство Индии распорядилось вынести подальше от Тадж-Махала все заводы, выбрасывающие сернистый газ, крайне опасный для этого шедевра индийской архитектуры времен Великих Моголов.

Взаимодействуя с почвой, осадки вызывают ее подкисление. Это приводит к гибели почвенных микроорганизмов, например азотфиксирующих бактерий. Из-за понижения активности почвенных микроорганизмов в хвойных лесах скапливается неразложившаяся хвоя. Почва становится уплотненной, она с трудом пропускает влагу. В результате прямого и косвенного воздействия кислоты снижают продуктивность растений. Для ликвидации кислотности почвенного раствора приходится вносить в почву известь, что требует немалых средств. Но дело не только в этом. Кислый почвенный раствор способствует переводу труднорастворимых солей металлов в форму, доступную для растений. В силу этого растения, стоящие в самом начале цепей питания, накапливают токсичные для всего живого концентрации металлов, например кадмия.

Попадая в водоемы, кислоты приводят к их загрязнению. По данным специалистов, из 85 тыс. озер, насчитывающихся в Швеции, 18 тыс. в той или иной степени подверглись воздействию кислотных дождей. Норвежские ученые, посетившие в 1979 г. Великобританию, обнаружили недопустимо высокую концентрацию кислот в пробах воды, взятой в 72 озерах и 40 источниках с проточной водой в районах Галловей и Каррик, в 15 водоемах к северу от Глазго, в озерах и реках нагорных областей Уэльса и, наконец, в 11 водоемах знаменитого озерного края на севере Англии.

Подкисление водоемов приводит к отмиранию населяющих их организмов. При pH 4,5 гибнут рыбы, лягушки и многие насекомые, обитающие на дне водоемов. Весьма существенно, что при подкислении воды резко возрастает токсичность металлов: алюминия, ртути, свинца, кадмия, бериллия, никеля и др. Чем выше кислотность воды в водоеме, тем больше водные организмы, например рыбы, накапливают ртути. Для предотвращения подкисления водоемов в них, как и в случае подкисления почвы, вносится известь. Таким путем удается поддерживать жизнь в некоторых водоемах Швеции.

Кислотные дожди, приносимые ветром со стороны США, наносят непоправимый ущерб флоре и фауне Канады. Вашингтон, стремясь уменьшить зависимость своей страны от импорта нефти, стимулировал перевод электростанций и заводов на уголь. В результате этих мер выброс только двуокиси серы увеличился на 800 тыс. т в год.

Наряду с азотной и сернистой кислотами в атмосфере, как уже отмечалось, может быть серная кислота, которая попадает туда при работе некоторых предприятий. Она также оказывает сильное влияние на растения. Показано, что опрыскивание раствором серной кислоты (концентрация 1 и 10 %) растений, выращенных в теплице, приводит к возникновению сильно выраженных некротических пятен на листьях. В других экспериментах установлено, что при pH 3 серная кислота полностью подавляет прорастание пыльцы лесных пород. При этом пыльца лиственных пород оказалась более чувствительной к подкислению, чем пыльца хвойных деревьев.

Озон

Озон широко применяется для дезинфекции и дезодорации дурнопахнущих газов и жидкостей, очистки промышленных стоков, отбеливания тканей. Он используется во многих технологических процессах, в частности в органическом синтезе различных жирных кислот, эпоксидных смол. Его употребляют для обеззараживания питьевой воды.

Озонированный воздух отличается особой чистотой и свежестью, но только в том случае, когда соблюдается определенная его концентрация. В высоких дозах он токсичен для живых организмов. Для человека вредной считается концентрация озона 0,2–0,3 мг/м^3.

Загрязненность воздуха озоном характерна, например, для Лондона. В начале мая 1978 г. контрольная станция Большого Лондонского совета зарегистрировала резкое возрастание его содержания в воздухе: 18 частей на 1 млн. Для сравнения укажем, что естественный фон озона в воздухе Южной Англии составляет 2–4 части на 1 млн частей воздуха. Всемирная организация здравоохранения считает пределом 6 частей на 1 млн. Таким образом, содержание озона в воздухе Лондона в три раза превысило допустимые нормы.

Озон является одним из важнейших компонентов лос-анджелесского фотохимического смога, который просматривается космонавтами с расстояния многих тысяч километров как грязное пятно на планете. Смог лос-анджелесского типа образуется в результате фотохимических реакций, в которых участвуют главным образом окислы азота и углеводороды, содержащиеся в выхлопных газах автомобилей. В состав его помимо озона входят окислы азота, пероксиацетилнитрат, многочисленные органические вещества перекисной природы, называемые в совокупности фотооксидантами. Он обычен для крупных промышленных центров США, Японии и других индустриально развитых стран. Содержание озона — одного из главнейших компонентов фотохимического смога — возросло в окрестностях Лос-Анджелеса за последние 50 лет в 50 раз.

Наиболее чувствительными по отношению к озону растениями являются виноград, цитрусовые, табак, шпинат, редис, фасоль сорта Пинто, картофель, томаты, люцерна. Повреждение виноградников озоном сопровождается возникновением темно-коричневых пятен на верхней стороне взрослых листьев. В районе Великих озер (США), где концентрация озона в воздухе составляет 0,2 мг/м^3, листья винограда теряют зеленую окраску и преждевременно опадают. Более старые листья повреждаются озоном сильнее, чем молодые. У клевера под влиянием повышенной дозы этого фитотоксиканта листовая поверхность сокращается на 50 %, а у райграса — на 35 %.

Повреждение ассимиляционного аппарата проявляется в виде постепенного изменения окраски. Сначала листья становятся серебристыми и глянцевитыми, затем хлоротичными с некротическими участками. Кончики листьев обесцвечиваются и становятся белыми. Изучение поврежденных листьев винограда и петунии выявило общую закономерность: озон оказывает преимущественное влияние на столбчатую паренхиму листьев. Первым симптомом внутриклеточного повреждения было разрушение хлоропластов и их скопление в общую гомогенную массу. У сои под влиянием озона мембраны хлоропластов, а также эндоплазматического ретикулума и митохондрий обнаруживают большее сродство к красителям, нежели мембраны неповрежденных растений.

Эти нарушения в структуре хлоропластов сказываются на интенсивности процесса фотосинтеза. Скорость ассимиляции существенно снижалась у подсолнечника после обработки его озоном. Исследователями показано, что самые первые нарушения фотосинтетического аппарата листьев гороха, находящегося в атмосфере озона, приводят к блокированию реакций фотосинтетического фосфорилирования и торможения электронного транспорта. Позднее отмечались нарушения в пигмент-белковом комплексе.

Японские исследователи пришли к заключению, что озон влияет не только на фотосинтез, но и на распределение ассимилятов. По мнению большинства ученых, первичными мишенями при воздействии на растения озона являются мембраны, проницаемость которых под влиянием фитотоксиканта резко нарушается. Действительно, обработка петунии озоном приводит к значительному ускорению выхода из клеток электролитов. Этот эффект исследователи рассматривают в качестве наиболее чувствительного показателя влияния озона на растения. Скорость выхода ионов калия и других электролитов, по их мнению, может служить в качестве количественного теста для определения чувствительности растений к озону.

Изменения свойств мембран выявились и в экспериментах по обработке озоном мембран микросом, выделенных из семядолей фасоли. По данным рентгеноструктурного анализа, эта обработка приводит к переходу от жидкокристаллической к гелевой структуре мембран микросом.

Озон оказывает влияние на дыхание. Так, например, при некоторых концентрациях этого токсиканта воздействие его в течение 120 минут приводит к ослаблению дыхания подопытных растений на 60 %.

Результатом всех этих изменений является ослабление темпов роста и снижение урожайности сельскохозяйственных культур. Потери урожая картофеля под действием некоторых концентраций озона могут достигать 50 %, а люцерны — 33–42 %. У декоративного растения петунии фитотоксикант вызывает уменьшение диаметра и сырого веса цветков, причем токсичность действия этого газа возрастает по мере увеличения экспозиции.

Фтор и его соединения

Фтор выбрасывается алюминиевыми и криолитовыми заводами, предприятиями, производящими фосфорные удобрения, эмалевые и керамические изделия. Из дымовых труб и фабричных установок этот элемент выходит в основном в виде фтористого водорода и четырехфтористого кремния, а также в форме пылевых частиц фторида натрия и калия.

Фтор относится к числу сильнейших фитотоксикантов. Его действие на растительные клетки начинается сразу же после инфильтрации внутрь ткани без лаг-фазы. Некоторые промышленные предприятия, загрязняющие окружающую среду фторидами, служат причиной массовой гибели растительности. В штате Флорида (США) фтористые соединения фосфатного завода приводят к накоплению фтора в листьях цитрусовых, что служит причиной замедления роста растений и снижения урожайности.

Каковы же симптомы повреждения растений фтором? Прежде всего, у пораженных растений наблюдается явление хлороза, сопровождающееся отмиранием листьев (цитрусовые, хвойные, рис, колеус, яблоня, груша). У хвойных первоначально происходит побеление, а затем потемнение концов игл. При отмирании трети или половины хвоинок последние опадают. Вновь появляющиеся на растении листья отличаются меньшими размерами.

Так, после двухмесячной обработки фтором у апельсиновых деревьев отмечалось снижение площади листьев на 25–35 %. У пихты под влиянием фтора запаздывает образование поверхностного воска на молодой хвое.

Существует пропорциональная зависимость между степенью повреждения листьев у отдельных растений и содержанием в них фторидов. Самыми устойчивыми к фтористому водороду оказались нижние, более старые листья бобовых растений.

Наряду с поражением листового аппарата под влиянием фтора происходит ослабление прироста растений в высоту. У апельсиновых деревьев уменьшение прироста после двухмесячной обработки фтором составило 52 %. Фтор задерживает ростовые процессы у пшеницы, резко подавляет прорастание ее семян, а в концентрации 10-2 м полностью предотвращает прорастание семян вигны. Под влиянием 20-дневной обработки фтористым водородом (концентрация 0,1 мг/м^3 воздуха) происходит значительное снижение урожая люцерны, ежи сборной и салата. Газация фтористым водородом в течение суток приводила к торможению цветения и снижению урожая сорго на 33 %, к тяжелым ожогам верхушек листьев тюльпана.

Исследования показали, что ионы фтора, поступившие из воздуха в клетки листьев апельсина, распределяются там неравномерно: большая их часть оказывается во фракции хлоропластов. В хлоропластах ряда объектов (хвои пихты, листьев яблони) отмечены структурные нарушения, которые исследователи относят к числу первичных эффектов фтора. По-видимому, под его влиянием происходит разрушение мембран хлоропластов. Вместе с тем в хлоропластах поврежденных растений падает содержание хлорофилла и каротиноидов. Все эти изменения не могут не сказаться на интенсивности фотосинтеза. Сильное ослабление интенсивности этого процесса под влиянием фтора обнаружено у тополя черного, вяза, двулетних сеянцев сосны обыкновенной и других растений.

Одновременно с ослаблением фотосинтеза в хвое сосны усиливается активность дыхательного процесса как на свету, так и в темноте. У сои под влиянием фтористого водорода также интенсифицируется дыхание, однако энергия дыхательного процесса не запасается в форме энергии макроэргических связей АТФ, а поэтому не может быть использована на процессы жизнедеятельности.

Факторы внешней среды оказывают большое влияние на поражаемость растений фтором. При недостатке влаги в почве, при низкой освещенности и невысокой температуре повреждение сои от фтористого водорода было меньше, чем при ярком освещении, обильном снабжении влагой и при благоприятных температурных условиях. Нетрудно связать действие этих факторов с состоянием устьиц. Факторы, благоприятствующие их закрыванию, повышают устойчивость растений к фтору, ибо растения в этом случае поглощают меньше фитотоксикантов.

Хлор и его соединения

Хлор и хлористый водород попадают в атмосферу при работе титано-магниевых заводов, гальванотехнических цехов, химических предприятий, производящих гербициды, инсектициды, соляную кислоту, органические красители, цемент, суперфосфат, уксусную кислоту, хлорную известь, соду.

Большое количество хлоридов (магния, кальция, натрия) попадает в почву при использовании солей для борьбы с гололедом. Обычно на 1 м^2 дорожного покрытия расходуется 50–70 г солей. За зиму в ФРГ на каждый 1 м^2 городских улиц попадает от 0,6 до 2,7 кг соли. Неудивительно, что на полуметровой глубине возле тротуара на каждые 100 г почвы химические анализы показали присутствие 600 мг солей. Кроме того, интенсивное засоление почвы хлоридом натрия происходит в местах производства калийных удобрений.

Хлор может поступать в растения и оказывать на них сильное повреждающее действие в различных формах: газообразный хлор, газообразный хлористый водород, соли соляной кислоты и т. д. Десятиминутное воздействие хлора в концентрации 0,75 мг/м^3 значительно понижало интенсивность процесса фотосинтеза у пшеницы, овсяницы луговой, тимофеевки луговой. Снижение интенсивности фотосинтеза под влиянием хлора может быть обусловлено повреждением структуры хлоропластов (отслоение и разрывы их оболочек, укрупнение зернистости матрикса, нарушение гранулярно-сетчатой структуры).

Овсяница луговая реагирует на газацию хлором увеличением проницаемости мембран, причем с возрастанием концентрации действие хлора было более сильным. У менее устойчивой к хлору тимофеевки луговой изменение проницаемости наблюдалось при более низких концентрациях хлора.

Экспозиция растений фасоли в атмосфере газообразного хлористого водорода (20 мин при концентрации 6,0—54,2 мг/м^3) приводит к накоплению в листьях хлоридов, причем наблюдалась прямая корреляция между их уровнем и дозой газовой обработки. После воздействия хлористым водородом в концентрации 0,12 мг/м^3 воздуха в течение 140 ч урожай редиса снизился на 20 % по сравнению с контролем. Заметное торможение роста и уменьшение урожая под действием газообразного хлористого водорода отмечено у клевера лугового, томатов, озимой ржи, огурцов, моркови, фасоли, люпина, картофеля, конских бобов, шпината и рапса. Под влиянием хлористого водорода наблюдались изменения ультраструктуры хлоропластов, которые были аналогичны изменениям при обычных дегенеративных процессах (Гудериан, 1979). Автор пришел к заключению, что разные концентрации этого фитотоксиканта ускоряют процессы старения клеток.

Засоление придорожных участков хлоридом натрия, обусловленное использованием его для борьбы с гололедом, вызывает сильное поражение деревьев и кустарников, особенно в апикальных частях побегов, и зачастую ведет к полной гибели растений. Засоление почв привадит к тому, что у дорог широкое распространение получают халофитные виды растений.

Токсическое действие ионов натрия и хлора на клен остролистный проявляется в возникновении на листьях некрозов, отмирании и опадении ассимиляционных органов. Хвоя сосны и ели приобретает красновато-коричневый оттенок и также отмирает. В поврежденной хвое отмечено десятикратное увеличение содержания хлора. На расстоянии 24,4 м от дороги в хвое тсуги количество хлора возрастало более чем в 5 раз, а на расстояния 61 м — в 4 раза. В течение года количество ионов натрия и хлора в ветвях хвойных претерпевает закономерные изменения. В январе и в феврале происходит постепенное повышение их концентрации. В марте и в начале апреля наблюдается резкое увеличение их содержания, что совпадает с прекращением снегопадов и повышением температуры. В апреле и в мае отмечается снижение количества натрия и хлора в ветвях хвойных, обусловленное вымыванием солей из почвы весенними осадками.

Содержание хлора в листьях деревьев от 0,7 до 1,5 % в условиях Киева вызывает сильное повреждение каштана конского, липы сердцелистной, ясеня зеленого, сирени обыкновенной. Более слабые повреждения зафиксированы у ивы плакучей, тополя канадского, акации белой, вяза гладкого. Для предотвращения повреждения деревьев солями предлагается сажать вдоль дорог устойчивые к хлориду натрия деревья и кустарники, смешивать хлорид натрия с различными добавками, особым образом располагать насаждения.

Какие же физиолого-биохимические изменения лежат в основе губительного влияния хлора на растения? Ученые установили, что в листьях каштана и липы высокие концентрации хлора вызывают разрушение пигментов пластид в три и более раза по сравнению с деревьями, произрастающими вдали от дорог. В условиях хлоридного засоления у растений гороха происходит снижение количества свободных рибосом хлоропластов, что может сказаться на синтезе белка. Работами советского физиолога растений Б. Н. Строганова (1962) показано, что под влиянием солей в растениях нарушается азотный обмен, накапливаются аммиак и другие ядовитые для растений продукты. Кроме того, в растениях под влиянием избытка хлорида натрия могут возникать нарушения в энергетическом обмене в силу разобщения процессов окисления и фосфорилирования. Высокие концентрации солей вызывают повреждения поверхностных структур цитоплазмы, в результате чего клетки утрачивают способность к избирательному накоплению веществ. Немаловажным является и то обстоятельство, что при избытке солей в почве происходит концентрирование почвенного раствора, затрудняющее поступление воды в корни растений. Все эти изменения приводят к резкому падению урожайности сельскохозяйственных культур. Наиболее сильно страдают от засоления гречиха и картофель.

Аммиак

Аммиак попадает в атмосферу при производстве аммиачных удобрений, мочевины, азотной кислоты, при сжигании нечистот, содержащих это соединение, а также в результате функционирования сахарных, кожевенных и Других заводов, животноводческих комплексов. Количество аммиака в атмосфере выше предельно допустимых норм фиксируется на расстоянии 3 км от комплекса с 10 тыс. коров и на расстоянии до 5 км от комплекса со 100 тыс. свиней. Комплекс, содержащий 10 тыс. голов крупного рогатого скота, выделяет за сутки около 60 кг аммиака.

В природе аммиак образуется в почве в результате жизнедеятельности бактерий-аммонификаторов, осуществляющих разложение белков и мочевины. Этот аммиак практически не загрязняет окружающую среду, поскольку быстро утилизируется другими микроорганизмами, осуществляющими нитрификацию, в ходе которой аммиак окисляется до азотистой и азотной кислот.

Глубина нарушений азотного обмена под влиянием аммиака у древесных растений зависит от концентрации газа. Низкие концентрации аммиака не вызывают видимых повреждений листьев, поскольку растения обладают достаточно аффективными механизмами его детоксикации (прямое аминирование кетокислот, переаминирование). Высокие же концентрации аммиака вызывают необратимые изменения в обмене веществ растений, сопровождающиеся накоплением в тканях аммиачного азота, подщелачиванием клеточного содержимого, а вследствие этого сильным повреждением листовых пластинок растений. Под влиянием аммиака в листьях изменяется интенсивность процессов фотосинтеза и дыхания, содержание органических кислот, активность некоторых ферментов, водный режим и т. д.

Удобрения

Снос удобрений в водоемы приводит к ряду неблагоприятных последствий. Во-первых, повышение содержания в воде азота и фосфора оказывает непосредственное воздействие на водные организмы. Во-вторых, оно приводит к антропогенной евтрофии водоемов. Интенсивное развитие водорослей сопровождается последующим их отмиранием, в результате чего запасы кислорода расходуются на окисление различных органических соединений. Вода при евтрофии перенасыщается органическим веществом.

Нитраты содержатся в сточных водах химических, лакокрасочных, фенольных производств, в бытовых сточных водах. Наряду с нитратами в сточных водах химических, химико-фармацевтических, лакокрасочных, текстильных производств и заводов по выпуску резинотехнических изделий присутствуют нитриты.

В ряде стран установлена прямая связь между интенсивностью использования нитратсодержащих удобрений, количеством нитратов в воде и заболеваемостью раком желудка.

Оксид углерода

Угарный газ является одним из важнейших компонентов атмосферных загрязнений. Его довольно много в выхлопных газах автомобилей. Ученые подсчитали, что автотранспорт Мехико в течение суток выбрасывает 4 тыс. т оксида углерода, а Токио — около 2 тыс. т. Кроме того, угарный газ образуется при неполном сгорании веществ, содержащих углерод (уголь, нефть, природный газ). В выбросах отопительных установок концентрация оксида углерода достигает 1,5 %. В доменном газе может содержаться до 30 % угарного газа.

Угарный газ является сравнительно малотоксичным для растений, поскольку они обладают способностью окислять его до углекислого газа и связывать затем в фотосинтетическом цикле. Отрицательное влияние окиси углерода на растения проявляется при сравнительно высоких концентрациях — более 1 %.

Показано, что окись углерода вызывает уменьшение проницаемости клеточных мембран. Возможно, поэтому процесс поглощения растениями минеральных солей под влиянием угарного газа подавляется. Это подавление обратимо под действием света.

Одна из характерных особенностей действия угарного газа — его способность к образованию комплексов с железо- и медьпротеидами. Среди ферментов клетки воздействию окиси углерода наиболее подвержена цитохромоксидаза. В высоких концентрациях угарный газ резко подавляет активность этого фермента дыхательного процесса и дыхания в целом. Кроме того, оксид углерода вызывает быстрое исчезновение в растениях фосфорных эфиров сахаров, нарушает сопряженность окисления и фосфорилирования, индуцирует замедление роста, эпинастию листьев, усиливает корнеобразование.

Тяжелые металлы

Свыше 40 химических элементов таблицы Менделеева относятся к тяжелым металлам. С точки зрения загрязнения окружающей среды, способности накапливаться в пищевых продуктах и токсичности наибольшее значение имеют: ртуть, свинец, кадмий, мышьяк, ванадий, цинк, медь, кобальт, молибден и никель.

Тяжелые металлы поступают в атмосферу как из природных источников (пыль, переносимая ветром, лесные пожары, вулканическая деятельность, выделение растительностью, морская пена и морская пыль), так и из антропогенных источников (горнодобывающая промышленность, цветная металлургия, обрабатывающая промышленность, сжигание угля, нефтепродуктов, дерева, мусора и отходов, производство фосфорных удобрений и т. д.).

Главный путь поступления металлов в атмосферу в естественных условиях — пыль, поднятая ветром. На ее долю приходится более 80 % атмосферного никеля, более 60 % меди и свинца, более 55 % цинка. Исключением является кадмий, основная масса которого (более 60 %) поступает в атмосферу в результате вулканической деятельности.

Однако все крупные естественные источники поступления металлов в атмосферу отступают на задний план по сравнению с масштабами поступления металлов в атмосферу в результате человеческой деятельности. Именно деятельность людей коренным образом изменила естественные потоки химических элементов. Антропогенные источники обеспечивают выброс в атмосферу по сравнению с природными в 18,3 раза больше свинца, в 8,8 раза больше кадмия, в 7,2 раза больше цинка. Особенно сильно возросли масштабы геохимической деятельности человечества за последние годы. Добыча металлов удваивается каждые 12–14 лет. И вместе с тем растет доля металлов, рассеиваемых в атмосфере. В течение года, например, окружающую среду загрязняют 80–90 % добываемых за тот же период времени свинца и ртути.

Тяжелые металлы оказывают исключительно сильное влияние на биосферу. Полное отмирание растительности нередко наблюдается в случае загрязнения почвы солями тяжелых металлов (меди, цинка, хрома, кобальта, ртути, титана и др.). Проведенные исследования позволили установить, что катионная форма этих элементов оказывает на растения более сильное токсическое действие, чем анионная форма. В связи с этим ученые пришли к заключению, что токсичность элементов обусловлена их физико-химическими свойствами и положением в периодической системе.

Основная часть свинца оказывается в атмосфере в результате сжигания нефтепродуктов и деятельности предприятий цветной металлургии. Благодаря использованию этилированного бензина, содержащего соединения свинца, количество этого элемента в городах резко возросло.

Вместе с выхлопными газами автомобилей в окружающую человека среду только в США ежегодно попадает около 200 тыс. т свинца, что составляет около 1/6 части его годовой добычи в стране. В воздухе крупных городов США содержание свинца иногда достигает 40–70 мкг/м^3 воздуха. Не случайно в костях современных американцев содержится в 100 и даже больше раз свинца, чем в костях древних египтян, а в крови городских жителей его значительно больше, чем в крови обитателей сельской местности.

Пыль, содержащая свинец, оседает на растениях и других предметах, а затем смывается осадками в почву. Установлено, что количество свинца в почвенной пыли сельских местностей приблизительно в 10 раз меньше, чем в городской пыли.

В значительном количестве свинец поступает и в гидросферу. По подсчетам ученых, в 1972 г. в океаны и моря воздушные массы и дожди принесли около 200 тыс. т этого элемента.

Еще в 1952 г. швейцарские исследователи заметили, что на листьях деревьев, высаженных вдоль шоссе и улиц городов, возникают некротические пятна. Они появлялись с краев и постепенно распространялись к середине. Количество их год от года увеличивалось, листья становились коричневыми и отмирали. Было подмечено, что чем ближе дерево расположено к автостраде, тем сильнее оно повреждалось. Сокращение числа автомашин, движущихся по улицам, обусловленное решением городских властей, привело к заметному улучшению состояния деревьев.

В придорожных растениях количество свинца резко повышено, оно в 10—100 раз выше по сравнению с растениями, растущими вдали от дорог. Между содержанием свинца в растениях и расстоянием дерева от дороги существует доказуемая обратная зависимость (достоверность 95 %).

Свинец в достаточно высокой концентрации тормозит прорастание семян редиса, замедляет рост корней в длину, а также образование корневых волосков. Листья отравленных свинцом растений становятся хлоротичными в межжилковых зонах. Особенно сильно поражаются молодые листья.

Под влиянием свинца активность фотосистемы I и II снижалась, причем фотосистема II оказалась более чувствительной к действию этого фитотоксиканта. Свинец оказывает ингибирующее влияние на реакцию Хилла (способность изолированных хлоропластов на свету выделять кислород) и фотосинтетическое фосфорилирование. Установлено, что в хлоропластах растений, растущих поблизости от автострады, наблюдается подавление образования аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ). Чем дальше растения расположены от автострады, тем больше в, изолированных хлоропластах образуется АТФ. Содержание АТФ находилось в обратной зависимости от количества в растениях свинца.

Кроме того, свинец вызывает потерю тургора клетками растений, в результате чего листья становятся дряблыми. Клетки корпя прекращают делиться. У редиса свинец подавляет образование корнеплодов. Неудивительно, что урожайность культурных растений вблизи предприятий, загрязняющих природную среду свинцом, сильно снижается. Вместе с тем присутствие свинца в окружающей среде приводит к существенному снижению качества продукции. В опытах с петрушкой было показано, что количество β-каротина и аскорбиновой кислоты в растениях резко снижалось, если они произрастали на расстоянии 30 м от автострады по сравнению с растениями, находящимися от нее на расстоянии 200 м. В сентябре количество β-каротина в растениях, соседствующих с автострадой, было на 55 % меньше. В картофеле под влиянием свинца уменьшается содержание крахмала.

Некоторые растения очень чувствительны по отношению к свинцу: ячмень, овес, пшеница, картофель. Среди дикорастущих следует отметить смолевку, которая, поглотив много свинца, приобретает карликовую форму. Листья и стебли этого растения становятся темно-красными, а цветки мелкими и невзрачными.

Поступление в атмосферу ртути обусловлено деятельностью человека, связанной с распашкой земель, бурением, с осуществлением горных работ, промышленных взрывов и т. п. Все эти факторы усиливают диффузию ртути, находящейся в почве и подпочвенной породе. Особую опасность представляет накопление ртути в гидросфере. Основным источником ее поступления в водоемы являются ядохимикаты, используемые в сельскохозяйственной практике, а также сточные воды промышленных предприятий. Кроме того, ртуть оказывается в морях и океанах, будучи привнесенной из атмосферы, куда она попадает при сжигании угля и нефти, а также при выветривании горных пород, в результате диффузии из земных недр. Отходы, содержащие ртуть, под влиянием гнилостных процессов, протекающих в водоемах, оказываются более токсичными, чем сама ртуть. Ученые полагают, что 90 % всей ртути в водных экосистемах США, Швеции, Финляндии и ряда других стран находится в метилированной форме.

Наиболее высокие концентрации ртути обнаружены у беспозвоночных и рыб в реках, озерах и прибрежных водах Японии, Скандинавских стран и Канады. У берегов Швеции, Финляндии, Дании и Норвегии обнаружено значительное увеличение ртути в рыбе (до 20 мг/кг биомассы). Отметим для сравнения, что по рекомендации Всемирной организации здравоохранения предельно допустимая концентрация ртути в рыбе составляет 0,05 мкг/г. В результате накопления этого элемента многие виды рыб стали непригодными к употреблению. То же самое происходит и в Средиземном море: отдельные виды рыб содержат в 2–3 раза больше ртути, чем считается допустимым по стандартам ВОЗ.

Первые опыты по влиянию паров ртути на растения были поставлены еще в конце XVIII в. голландскими химиками Дейманом, Паатсом, ван Тройствийком и Лауверенбургом. У бобов, мяты и сирени, помещенных под стеклянный колпак вместе с ртутью, через 24 ч листья становились пятнистыми. После нескольких дней обработки парами ртути растения погибали. Молодые цветочные почки розы оказались особенно чувствительными к наличию в воздухе паров ртути. Они погибали вместе с участками стебля, расположенными непосредственно под почкой.

Поглощенная корнями растений гороха ртуть слабо передвигается в надземные органы. Около 95 % поступившего в проростки токсиканта остается в корнях. Чем выше концентрация ртути в питательном растворе, тем больше накапливают ее корни. Около 40–50 % ртути в корнях прочно связано с фракцией клеточных стенок.

Одним из самых заметных эффектов действия этого элемента является ингибирование роста корней и побегов, что обусловлено, по-видимому, нарушением деятельности апикальных меристем. Действительно, метилртуть, растворенная в воде, накапливается в молодых тканях элодеи и оказывает токсическое влияние на апикальные меристемы, которое сильнее выражено с возрастанием концентрации и времени обработки. Уже в низких концентрациях (7,5∙10-10—7,5∙10-8М) метилртуть нарушает митотический цикл и снижает интенсивность деления клеток. При этом нередко возникают клетки, содержащие два и даже более ядер. Высокие концентрации фитотоксиканта способствуют распаду клеток и ядер.

Наряду с торможением роста под влиянием ртути наблюдаются и другие эффекты. Слабые концентрации фенилртути вызывают образование небольших опухолей на корнях пшеницы, выращенной методом гидропоники. При относительно высокой концентрации (100 мг/л бората фенилртути в 1 л питательного раствора) возникает хлороз листьев пшеницы. Хлористая ртуть, по-видимому, обладает меньшей токсичностью. В опытах с пшеницей она не вызывала хлороза листьев.

Ежегодное поступление кадмия из природных источников составляет 0,83 тыс. т, в то время как антропогенные источники дают 7,3 тыс. т. Таким образом, все природные источники загрязнения окружающей среды этим металлом отступают на второй план по сравнению с человеческой деятельностью. Главным загрязнителем атмосферы кадмием является цветная металлургия и обработка цветных металлов (5,31 тыс. т). Этот элемент широко используется в гальванотехнике и производстве сплавов, в красильном деле, для стабилизации хлорвинил-хлорида и т. д. Кроме того, кадмий поступает в окружающую среду при сгорании некоторых видов топлива и особенно при сжигании мусора и отходов (1,4 тыс. т).

Из атмосферы кадмий поступает в почву. Загрязнение ее этим элементом носит устойчивый характер, поскольку из почвы он вымывается чрезвычайно медленно.

Кадмий загрязняет и гидросферу. Только в Северном море вместе с дождем ежегодно привносится из атмосферы 230 т этого элемента. Из воды тяжелые металлы могут попадать в организмы животных. Содержание кадмия у рыб, употребляемых в пищу, относительно невелико, но оно очень высоко в таких органах, как печень, что может вызвать серьезные нарушения здоровья людей в случае использования печени рыб в пищевой промышленности.

Большое количество кадмия обнаруживается в растениях, произрастающих поблизости от автомобильных дорог. Так, например, в хвое ели обыкновенной, растущей поблизости от автострады, количество кадмия возрастает в 11–17 раз. Между содержанием кадмия и расстоянием между деревом и дорогой существует статистически доказуемая обратная зависимость (достоверность 95 %). То же самое можно сказать и о растениях, произрастающих на разном расстоянии от предприятий, загрязняющих окружающую среду этим токсикантом.

Существует прямая зависимость между содержанием кадмия в почве и поступлением его в растения, однако между поглощением этого элемента и реакцией на него такой зависимости, по-видимому, нет. Так, сосна веймутова по сравнению с кленом красным и елью поглощает кадмий более интенсивно, однако видимые симптомы повреждения проявлялись у нее в меньшей степени, чем у этих растений. Симптомы избыточного поступления в растения кадмия проявляются в постепенном изменении окраски кончиков листьев и черешков до красновато-бурой и пурпурной. При этом листья скручиваются, становятся хлоротичными и опадают.

В опытах с рисом показано, что этот элемент замедляет темпы роста растений. При внесении его в количестве 20 мг на 1 кг почвы урожай растения снижался на 50 %. Аналогичное снижение урожая происходит и у пшеницы при внесении кадмия в почву в количестве 15 мг/кг. По силе своего действия на растения кадмий превосходит многие другие тяжелые металлы. Гибель растений отмечается при концентрации этого элемента в почве в количестве 30 мг/кг и выше. Неудивительно, что вблизи предприятий, выбрасывающих в атмосферу кадмий, наблюдается резкое снижение урожайности и даже гибель культурных растений.

Большое количество кадмия попадает в почву при разработке и добыче цинковых руд. На таких почвах нельзя выращивать растения, ибо этот токсикант аккумулируется в тканях растений и может затем поступать в организм человека. Накопление кадмия происходит главным образом в корнях растений риса и пшеницы, однако часть его достигает других органов.

Одна из причин торможения роста растений, произрастающих в присутствии кадмия, — резкое ослабление интенсивности фотосинтеза. Присутствие в 1 кг листьев 96 мг этого элемента снижает интенсивность фотосинтеза на 50 %. Однако это, безусловно, не одна и не главная причина токсического действия кадмия на растения.

Кобальт относится к числу элементов, необходимых для нормального роста растений. Он входит в состав витамина B_12, образуемого растениями, необходим для фиксации атмосферного азота симбиотическими микроорганизмами, повышает засухоустойчивость растений.

Вместе с тем это один из наиболее токсичных металлов. Он сильно ингибирует прорастание семян табака, губительно влияет на растения. Так, например, присутствие в 1 кг почвы всего 14,6 мг кобальта приводит к сильному поражению и задержке роста растений овса. У фасоли, выращиваемой в питательном растворе в присутствии кобальта (10-6—10-5М), отмечена хлоротичность листьев, а при концентрации его 10-4 М — снижение веса надземной массы.

За счет естественных источников в окружающую среду поступает 18,5 тыс. т меди, тогда как в результате человеческой деятельности — 56,0 тыс. т. Главным источником загрязнения природной среды медью являются предприятия цветной металлургии и по переработке цветных металлов — 21,1 тыс. т. Поэтому в окрестностях медеплавильных заводов обнаруживается повышенное содержание этого металла.

Вместе с кобальтом и марганцем медь относится к числу микроэлементов, необходимых для растений. Для жизнедеятельности растений требуются очень небольшие количества меди. В случае избытка этого элемента на растениях возникают симптомы поражения, рост их резко замедляется. Так, например, у овса избыток меди вызывает побеление кончиков листьев, задержку роста первичных и образование вторичных корней, подавление формирования корневых волосков, замедление роста надземной части. В результате патологических изменений, возникших в растениях при избытке меди, урожай культурных растений резко сокращается. Так, например, внесение меди в количестве 300 кг на 1 га приводит к снижению урожая клубней картофеля в три раза.

Количество никеля, поступающего в атмосферу из природных источников, составляет 26,0 тыс. т, тогда как из источников антропогенного происхождения — 47,4 тыс. т. Он широко применяется в электротехнике и производстве сплавов, используемых для чеканки монет.

Под влиянием никеля подавляется прорастание семян табака, рост стеблей и корней, происходит отмирание точек роста. Одна из причин торможения роста растений — ослабление интенсивности фотосинтеза. Листья подсолнечника, содержащие в 1 кг своей массы 79 мг никеля, фотосинтезируют в два раза слабее, чем контрольные растения. Другая причина обусловлена, по-видимому, изменениями в регуляторной системе растений. Отмечено, что под влиянием никеля в верхних листьях томатов происходит повышение количества флавон-3-глюкозида. Исследователи считают, что уродства, возникающие под действием никеля на растения, обусловлены именно накоплением фенольных соединений.

В атмосферу Земли поступает значительное количество цинка. Естественные источники дают 43,5 тыс. т, а источники антропогенного происхождения — 314,4 тыс. т. Из атмосферы этот элемент может поступать в водоемы, а затем в живые организмы.

Цинк относится к числу микроэлементов, необходимых для жизнедеятельности растений. Тем не менее высокие концентрации его отрицательно сказываются на растениях. Одной из причин токсичности этого металла является то, что цинк относится к числу элементов, интенсивно накапливающихся в растениях. Сосна веймутова, клен красный и ель обыкновенная энергично поглощают цинк, причем между скоростью этого процесса и содержанием цинка в питательной среде существует прямая зависимость. В результате избыточного накопления цинка у растений возникают симптомы отравления: подавление роста корней, образование некрозов, карликовость, увядание, ускорение опадения листвы. Высокие концентрации этого элемента снижали урожай клубней картофеля почти в два раза.

Загрязнение окружающей среды мышьяком происходит в результате выбросов предприятий, работающих на ископаемом топливе, в процессе переработки сульфидных руд цветных металлов и серного колчедана, в состав которых он входит в виде примеси, а также при использовании некоторых средств защиты растений. По имеющимся данным, в 1977 г. в природную среду поступило 37 тыс. т мышьяка.

Мышьяк накапливается в почве, откуда поглощается растениями. Интенсивность поглощения этого элемента наземными растениями обычно невелика. Однако растения, выращенные на шахтных отвалах, накапливают его сравнительно много. Морские водоросли интенсивно поглощают мышьяк, при этом концентрация его в клетках выше 10-6 М является ингибирующей для метаболитических процессов.

Токсическое влияние оказывают на растения и другие металлы, загрязняющие природную среду, например бериллий, марганец, ванадий, хром, титан, серебро и др.

Приведенные примеры показывают, что в настоящее время природная среда чрезвычайно интенсивно загрязняется тяжелыми металлами, представляющими опасность для живых организмов. В связи с этим надлежит принять всесторонние меры, направленные на предотвращение поступления их в окружающую среду. Это диктуется не только опасностью, которую они представляют для всего живого, но и ограниченностью природных ресурсов. Ведь многие тяжелые металлы представляют исключительную ценность, которая постоянно растет в связи с уменьшением запасов минерального сырья. Их рассеивание в природной среде — разбазаривание огромных богатств.

Органические вещества

К числу органических веществ, загрязняющих окружающую среду, относятся предельные, ненасыщенные, гидроароматические и ароматические углеводороды и их производные — спирты, альдегиды, кетоны, кислоты, эфиры. Ассортимент органических веществ, загрязняющих воздух, воду и почву, постоянно растет, и ученые не успевают изучать их влияние на живые организмы.

На некоторых химических предприятиях воздух загрязнен формальдегидом, муравьиной кислотой и другими веществами. У овсяницы луговой и тимофеевки луговой формальдегид вызывает заметное увеличение проницаемости мембран. У газонных трав под влиянием этого вещества отмечено частичное снижение интенсивности фотосинтеза.

В условиях теплицы, отапливаемой нефтепродуктами с целью обогрева и обогащения воздуха углекислым газом, вредное влияние на растения оказывает не только сернистый газ, но и олефины (этилен, пропилен, бутилен), которые накапливаются в результате неправильного функционирования топок, а также при работе в теплицах двигателей внутреннего сгорания. Этилен особенно ядовит для гвоздик, орхидей, тюльпанов, нарциссов и хризантем. Он приводит к преждевременному сбрасыванию листьев, что весьма нежелательно. Более ста лет назад на улицах Берлина можно было наблюдать листопад растений в середине лета. Выяснилось, что причиной этого являлся светильный газ, попадавший в атмосферу в результате неисправности городского газопровода. В светильном газе содержится этилен, который и был «виновником», более раннего «прихода осени» на улицы Берлина,

Этилен вызывает задержку роста проростков гороха, их изгибы, а также возникновение утолщений в зоне роста. Изгибы и эпинастию листьев вызывают также ацетилен и пропилен, однако эти газы эффективны в более высоких концентрациях, чем этилен. Этилен индуцирует пролиферацию растительных тканей, особенно камбия стебля и корня, что является причиной ростовых аномалий. Так, например, у гибискуса он вызывает возникновение наростов, похожих на корни, состоящие из недифференцированной ткани. Следует иметь в виду, что этилен вырабатывается самими растениями и по этой причине в незначительном количестве содержится во всех растительных тканях. В них он играет роль ингибитора ростовых процессов. Кроме того, этилен является природным регулятором созревания плодов. Он вырабатывается в зрелых плодах в таком количестве, что у незрелых плодов, находящихся с ними в одной камере, происходит ускоренное дозревание.

Одним из самых распространенных загрязнителей водоемов является фенол. Вода, загрязненная этим токсикантом, имеет коричневую окраску и характерный запах. Она приводит к отмиранию всего живого. По берегам рек гибнет растительность. Обработка парами фенола (концентрация 5—50 мг/м^3) олиственных побегов древесных пород вызывает повышение содержания фенольных соединений в растениях наряду со снижением количества пигментов и углеводов в листьях. Этот эффект находится в прямой зависимости от концентрации фитотоксиканта и продолжительности его воздействия.

Широко распространенными загрязнителями окружающей среды органической природы являются пестициды. В настоящее время в мировом сельском хозяйстве ежегодно применяется около 2 млн. т этих веществ. Интенсивное их использование в сельском и лесном хозяйствах приводит к загрязнению воздуха не только в местах применения, но и на значительном расстоянии от них, чему способствует снос ветром аэрозолей, возникающих при авиационной и наземной обработке полей. Кроме того, ветер сдувает с почвы пыль, содержащую ядохимикаты. Наконец, пестициды могут поступать в атмосферу в результате неудовлетворительного их хранения па складах.

Ядохимикаты могут попадать в гидросферу. Пути их поступления в водную среду различны: с ливневыми и талыми водами, со стоками промышленных предприятий, изготавливающих пестициды, при обработке с помощью авиации территорий, примыкающих к водоемам. Иногда пестициды специально вносятся в водоемы дли борьбы с гнусом, для уничтожения малоценных и хищных видов рыб, для предотвращения «цветения» водоемов. Возможны и другие пути загрязнения водной среды ядохимикатами: в результате мытья тары из-под пестицидов, транспорта, использовавшегося для их перевозки, и т. д. Некоторые пестициды плохо растворимы в воде. Они опускаются на дно водоемов и могут служить источником вторичного загрязнения воды при взмучивании ее. В каждом 1 м^3 воды рек восточных штатов США несут, в среднем по 5 мг пестицидов.

Наиболее опасны для человека стойкие пестициды хлорорганической природы, способные длительно, до 10 лет, сохраняться в почве и накапливаться в организме человека в жировой ткани. Эти пестициды нередко поступают в организм человека из животных продуктов, особенно высокожирных. Исследования показали, что в жировой ткани вегетарианцев пестицидов вдвое меньше, чем в жировой ткани людей, питавшихся смешанной пищей.

В развивающиеся страны, где контроль за использованием химических средств в сельском хозяйстве почти не осуществляется вследствие отсутствия законов об охране окружающей среды, компании промышленно развитых капиталистических стран нередко поставляют запрещенные у себя в стране к применению токсические химические препараты. По неполным данным, за 1971–1976 гг. в странах Центральной Америки было зарегистрировано 19 тыс. случаев отравления инсектицидами. По данным Всемирной организации здравоохранения, ежегодно в мире около 500 тыс. человек заболевает, а свыше 5 тыс., умирает в результате отравления пестицидами.

Беспокойство ученых вызывает накопление в окружающей среде продуктов бытовой химии, в частности веществ, входящих в состав стиральных порошков. В водоемы попадает большое количество детергентов, широко, используемых для изготовления моющих средств, в производстве синтетического каучука, на текстильных фабриках и т. д. Некоторые из них очень ядовиты и уничтожают в достаточно высокой концентрации всю фауну и флору. Ядовитость их усиливается тем, что они препятствуют поступлению кислорода внутрь водоема.

Моря и океаны сильно загрязнены нефтью и нефтепродуктами. Значительное их количество поступает в гидросферу при морской транспортировке нефти, при сравнительно частых авариях нефтеналивных танкеров, а также в результате аварий на морских буровых платформах. Доля, вносимая в загрязнение гидросферы морскими буровыми установками, постоянно растет. Загрязняют морскую воду нефтью и нефтепродуктами пассажирские, грузовые и военные суда. В настоящее время существует система международных соглашений, направленных на ограничение поступления этих вредных веществ в море. Тем не менее они по-прежнему загрязняют морские просторы, ибо никакими международными соглашениями невозможно предотвратить штормовую погоду и аварийные ситуации.

Растекаясь по поверхности моря, нефть образует огромные маслянистые пятна, тянущиеся иногда на несколько тысяч километров. Это сопровождается массовой гибелью морских птиц, ибо нефть, смачивая оперение, приводит к склеиванию перьев, уменьшению защитных функций их от холода. Кроме того, попадая в пищеварительный тракт, нефть вызывает отравление птиц. На многих побережьях морские волны постоянно выбрасывают мертвых или полумертвых птиц, запачканных нефтью. Даже в Антарктиде обнаружены колонии пингвинов, измазанных нефтепродуктами.

Нефтяная пленка на поверхности морей и океанов нарушает газообмен и влагообмен между атмосферой и гидросферой, угнетает развитие планктона. Растворимые в воде компоненты нефти отравляют обитателей морей и океанов, отрицательно сказываются на вкусовых качествах мяса морских животных.

Мутагены

В настоящее время известно большое количество химических соединений, способных вызывать возникновение мутаций — наследственных изменений в клетках. Эти вещества также представляют большую опасность, связанную с возникновением нежелательных наследственных аномалий человека, животных и растений.

В современном химическом производстве находят применение разнообразные вещества, обладающие большой мутагенной активностью (эпоксиды, этиленимины, алкилсульфаты, сульфоны и др.). Эти и многие другие соединения прямо или косвенно попадают в организм человека через воздух, воду, продукты питания, лекарственные препараты, пищевые добавки, консерванты и т. д. Мутагенной активностью обладают многие пестициды. Из 126 обследованных пестицидов почти три четверти вызывали мутации. Среди выхлопных газов автомобилей с точки зрения мутагенной опасности имеют значение свинец, окислы азота, углеводороды, триметилфосфат. К мутагенам относятся также соли хлорной кислоты (перхлораты), встречающиеся в сточных водах.

В результате воздействия мутагенных факторов, загрязняющих окружающую среду, на микроорганизмы возможно возникновение таких форм болезнетворных вирусов, бактерий, грибов, которые обладают особо патогенными свойствами, и к которым у человека может отсутствовать иммунитет.

Возникновение мутаций не приводит, как правило, к непосредственной гибели растений, однако потомство от таких растений может иметь различные врожденные аномалии, иногда приводящие к смерти.

Канцерогены

К опасным загрязнителям природной среды относятся канцерогенные вещества. Источники их разнообразны. Наибольшую долю канцерогенов составляют полициклические ароматические углеводороды (ПАУ). Типичными представителями ПАУ являются бензпирен и бензантрацен. Источниками ПАУ служат процессы синтеза при термическом разложении органических веществ (углей, сланцев, торфа, древесины), при крекинге и пиролизе нефти и нефтепродуктов. ПАУ формируются также при работе двигателей внутреннего сгорания. Так, в 1 м^3 выхлопных газов автомобилей содержится около 0,5 мкг бензпирена. В наибольшей степени он загрязняет обочины дорог и придорожную полосу шириной до 20 м.

Полициклические ароматические углеводороды присутствуют не только в атмосфере, они все более накапливаются в водоемах, поступая в них вместе с паводковыми, грунтовыми и ливневыми водами. Источником бензпирена в водоемах являются сточные воды различного происхождения (коммунально-бытовые, текстильные и фенольные от коксохимических производств). В силу слабой растворимости в воде ПАУ накапливаются в донных отложениях, откуда постепенно вновь поступают в воду. Присутствие в сточных водах некоторых веществ повышает растворимость ПАУ, в том числе бензпирена.

ПАУ оказывают влияние на рост и другие физиологические процессы растений. Такие вещества, как бензпирен, бензантрацен, при увеличении концентрации вызывают деструкцию клеток корня кукурузы. Наиболее заметные изменения наблюдались в рибосомах, митохондриях, пластидах и ядрах клеток. Определенные концентрации ПАУ приводят к возникновению у растений различных аномалий, в том числе опухолей.

Наряду с ПАУ в природной среде встречается ряд химических канцерогенов иной природы, главным образом гетероциклических и азотсодержащих соединений, например алкилнитрозамины, бензидин, аминоазосоединения. Эти вещества имеют сравнительно простое строение, легко растворимы в воде. Во внешнюю среду они поступают в результате некоторых производственных процессов, имеющих место, например, в резиновой промышленности. Нитрозосоединения легко синтезируются в организмах и в природной среде из предшественников, которыми могут быть нитриты, нитраты, а также вторичные амины. Некоторые пестициды могут представлять канцерогенную опасность, поскольку обладают способностью превращаться в канцерогенные продукты. Среди гербицидов, подвергающихся нитрозированию, в первую очередь следует отметить карбаматы, производные мочевины и триазинов.

Канцерогенной активностью обладают также свободные радикалы различных соединений, обнаруженные в атмосфере ряда городов, например, в Лос-Анджелесе. Неудивительно, что имеется тенденция к повышению частоты заболеваемости раком легких в городах по сравнению с сельской местностью.

В Институте физики АН Грузинской ССР установлено, что концентрация ионов металлов в молекулах ДНК и РНК заметно возрастает при злокачественной трансформации клеток. Исследователи обнаружили, что повышенная концентрация того или иного металла прямо связана с возникновением опухоли в том или ином органе. По этой причине ученые полагают, что загрязнение окружающей среды металлами приводит к накоплению их в молекулах нуклеиновых кислот, в результате чего нарушается нормальное функционирование клеток.

Несмотря на незначительное в ряде случаев содержание канцерогенов во всевозможных выбросах, общее их поступление в биосферу Земли в настоящее время выражается значительными цифрами.

Радиоактивные вещества

Пристальное внимание исследователей привлекает проблема загрязнения окружающей среды радиоактивными веществами. Радиоактивные элементы могут попадать в окружающую среду в результате взрывов атомных и водородных бомб. Испытания ядерного оружия в 50-х годах привели к выпадению радиоактивных осадков. В них был обнаружен стронций-90, который, поступая в организм вместе с кальцием, накапливается в костях людей. В результате этого повышается вероятность заболевания раком, возникновения генетических аномалий, уменьшения продолжительности жизни.

В 1963 г. был подписан договор о запрещении испытаний ядерного оружия в атмосфере, космическом пространстве и под водой, сыгравший важную роль в прекращении эскалации загрязнения окружающей среды радиоактивными веществами. Однако нельзя сказать, что проблема эта снята с повестки дня. И сегодня некоторые страны, не присоединившиеся к договору, продолжают проведение ядерных испытаний.

В наземные растения радиоактивные вещества могут поступать как через листья, стебли и соцветия, так и через корни. В среднем за вегетационный период травянистым покровом зоны умеренного климата задерживается около 25 % общего количества радиоактивных веществ, поступивших на земную поверхность. В хвойных лесах выпадающие радиоактивные вещества почти полностью задерживаются в кронах древесных растений.

Радиоактивные вещества, задержанные растениями, смываются осадками, сдуваются ветром, удаляются вместе с опадающими листьями и ветвями, отделяющимися частицами коры. К концу вегетации в растениях остается лишь 2—10 % общего количества радиоактивных веществ, поступивших на поверхность растительного покрова в течение вегетационного периода.

Поглощение радиоактивного цезия—137 оказалось зависимым от содержания калия в питательном растворе: чем его больше, тем слабее поступает радиоактивный цезий. В связи с этим удобрение почв калием может служить средством ограничения поступления цезия—137 в растения. В целом, чем выше степень обеспеченности почв доступными формами соединений элементов минерального питания, тем ниже содержание радиоактивных элементов в растениях.

Проникнув в сосуды корня, цезий—137 перемещается затем вместе с током воды во все органы растений.

Хотя концентрация радиоактивных веществ в окружающей среде ныне невелика, тем не менее существует угроза их избирательного накопления некоторыми живыми организмами до такого уровня, который становится опасным либо для них самих, либо для тех, кто питается этими организмами. Большое количество радиоактивных веществ накапливают в себе водоросли и морские животные. Так, например, некоторые двустворчатые моллюски Тихого океана стали в 2000 раз более радиоактивными, чем морская вода. Концентрация радиоактивных веществ (например циркония, рутения, иттрия, тория и др.) в водорослях может превышать уровень их в морской воде в тысячи раз.

Даже в очень малых дозах радиоактивные вещества оказывают па растения очень сильное действие, нередко выражающееся в стимуляции роста. В больших дозах ионизирующие излучения резко тормозят рост главного побега, способствуют появлению ростовых аномалий, вызывают гибель растений. Хорошо известно, что на Маршалловых островах США производили испытания ядерного оружия. Первоначально геоботанические исследования, проведенные в 1954–1955 гг., не выявили заметных изменений. Однако уже в 1956 г. были зафиксированы патологические сдвиги у растений: гибель, хлороз, деформации. На некоторых растениях возникли «ведьмины метлы». Из 43 видов растений, произраставших на Маршалловых островах, после ядерных испытаний осталось лишь около половины. Цитологические исследования позволили установить, что радиация нарушает процесс нормального деления клеток, способствует возникновению мутаций, уродств и опухолей.

Пыль

Весьма неприятное явление представляет наличие в атмосфере большого количества пыли. Особенно много ее осаждается в промышленных городах. Пыль сама по себе, а также благодаря образованию туманов поглощает солнечные лучи, поэтому инсоляция в запыленных городах сокращается летом на 20, а зимой на 50 %. При этом ультрафиолетовое излучение снижается в 5—10 раз (например, с 3 % в окрестностях Парижа до 0,3 % в центре). Недостаток в городах солнечных лучей, особенно ультрафиолетовых, способствует развитию болезнетворных бактерий.

Только, за 25 лет с начала второй мировой войны запыленность атмосферы в результате деятельности человека возросла на 70 %, а суммарная солнечная радиация в связи с этим сократилась на 1 %. По данным на 1978 г., в атмосфере Земли находится около 310 млн т пыли антропогенного происхождения. Дальнейшее усиление запыленности может привести к падению температуры поверхности нашей планеты. Вместе с тем следует отметить наблюдение гляциологов, согласно которому происходит нарастание темпов таяния ледников в горах и сокращение площади арктических льдов. Это может быть результатом загрязнения поверхности льдов, которые в этом случае сильнее разогреваются солнцем.

Пылевидные частицы, содержащиеся в воздухе во взвешенном состоянии, оседают на надземных органах растений под действием гравитационных и электрических сил или прилипания. Осевшие пылевидные частицы оказывают на растения разнообразные влияния. В основном их можно подразделить на физические и химические. Физические воздействия связаны с образованием чехла, препятствующего нормальному тепло- и влагообмену листа с атмосферой и уменьшающего доступ к растению света. Химическое влияние обусловлено содержанием в пыли водорастворимых соединений. Эти соединения могут поступать в растения и оказывать влияние на обмен веществ.

Запыленность нарушает работу устьичного аппарата, ограничивает процесс транспирации, способствует повышению температуры листьев на 2–4°, а иногда на 8—10° по сравнению с незапыленными листьями, ослабляет процесс фотосинтеза, особенно при слабом освещении, понижает уровень сахаров в тканях, темпы накопления сухого вещества и роста растений, уменьшает их урожай, ухудшает качество растениеводческой продукции. Особенно сильный вред наносит запыленность в условиях континентального климата с жарким и сухим летом, когда не происходит смывания с поверхности листьев осевших частиц.

Комбинированное действие фитотоксикантов

В природной обстановке растениям, как правило, приходится сталкиваться с действием не одного, а нескольких фитотоксикантов. Теоретически в этом случае возможно как усиление, так и ослабление силы действия отдельных загрязнителей на растения. Чаще всего при действии двух или трех токсических веществ наблюдается заметное усиление их влияния. Такой эффект имеет место при обработке растений смесями сернистого газа с окислами азота, с озоном, с хлористым водородом. Токсичность озона в отношении гороха возрастала при одновременной обработке растений никелем или кадмием. В опытах с петунией, томатами и геранью токсичность смеси сернистого газа и окиси азота возрастала при добавлении озона.

* * *

Следует отметить, что не при всех комбинациях вредных веществ происходит усиление их действия на растения. Однако случаи ослабления повреждающего действия токсикантов при совместном применении наблюдаются довольно редко.

Приведенные факты свидетельствуют о глобальном загрязнении атмосферы, гидросферы и почвы самыми разнообразными химическими веществами, многие из которых оказывают сильное влияние на живые организмы. В настоящее время задача заключается в том, чтобы исправить ошибки, допущенные в прошлом, резко ограничить доступ в окружающую среду ядовитых и вредных веществ, направить усилия на уменьшение в ней накопленных ранее токсических, канцерогенных, мутагенных и радиоактивных соединений.

Меры, принимаемые в этом отношении в нашей стране, а также в некоторых других странах, весьма своевременны. В результате принятых мер задымленность воздушного бассейна Москвы снизилась в 5–6 раз. Москва представляет собой образец по чистоте атмосферы, вод Москвы-реки и городской территории.

Однако не следует обольщаться достигнутым, ибо сделанное в области охраны природы — лишь начало большой и сложной работы. Весьма важно, чтобы каждый человек осознал всю опасность, нависшую над ним самим, его детьми и внуками в результате глобального загрязнения окружающей среды. Весьма важно осознать и то, что каждый из нас может сделать очень и очень многое для сохранения чистоты воздуха и воды. Один из путей, ведущих к этому, — всемерная забота о расширении площади зеленых насаждений. Ибо растение — это мощная, бесперебойно действующая очистительная установка, умело созданная в ходе эволюции природой.

Правда, растения, как мы видели, сами сильно повреждаются токсическими веществами, находящимися в атмосфере, гидросфере и почве. В настоящее время мы еще недостаточно внимательно относимся к фактам снижения продуктивности культурных растений под влиянием загрязнителей. Между тем это приводит к большим материальным издержкам, к снижению эффективности сельскохозяйственного производства в зонах присутствия фитотоксикантов. Особенно сильный ущерб наносят загрязнители городским посадкам. В связи с этим особую остроту приобретает проблема устойчивости растений к загрязнителям воздуха и воды, а также проблема защиты полезных растений от их токсического влияния.

Глава 2. Растения — индикаторы загрязненности окружающей среды

В настоящее время разработана концепция комплексного экологического мониторинга природной среды (Израэль, 1979), составной частью которого должен быть биологический мониторинг, осуществляемый на станциях фонового мониторинга. Большое внимание, уделяемое ныне биологическому мониторингу, определяется рядом обстоятельств.

Во-первых, измерение физических и химических параметров загрязненности природной среды более трудоемко по сравнению с методами биологического мониторинга.

Во-вторых, в окружающей человека среде нередко присутствует не один, а несколько токсичных компонентов. При этом довольно часто возникает синергизм в их действии на живые организмы, при котором суммарный эффект превышает действие, оказываемое каждым компонентом в отдельности. Иными словами, концентрация каждого отдельного компонента комплекса загрязнителей, фиксируемая с помощью физико-химических методов, может казаться неопасной для живых организмов, тогда как их совокупное влияние является угрожающим. Этот синергизм не учитывается физико-химическими методами изучения загрязненности природной среды, однако он выявляется при использовании биоиндикации, т. е. при наблюдении непосредственного воздействия загрязнителей природной среды на живые организмы.

Разумеется, биологический мониторинг не подменяет и не вытесняет физико-химических методов исследования состояния природной среды. Однако его использование позволяет существенно повысить точность прогнозов сдвигов в экологической обстановке, вызванных деятельностью человека.

Принципы биологического мониторинга в настоящее время интенсивно разрабатываются. Весьма важным элементом его является растительный мир, который очень чутко реагирует па загрязненность окружающей человека среды. Не удивительно, что исследователи рассматривают растения как наиболее чувствительные и надежные индикаторы загрязненности атмосферы и гидросферы.

Растения, произрастающие в городе, страдают от выхлопных газов автомобилей и дыма труб. Они рано стареют, редеет и уродуется их крона, преждевременно желтеют и опадают листья. Если сосны растут поблизости от промышленного предприятия, то хвоя опадает тем быстрее, чем сильнее загрязнен воздух. В норме хвоя сосны опадает через 3–4 года, тогда как поблизости от промышленных предприятий значительно раньше.

В индикаторной роли древесных растений нетрудно убедиться во время прогулки по большому городу. Липы, растущие в боковых тихих улочках со слабым автомобильным движением, чувствуют себя прекрасно. Их крона темно-зеленая, развесистая. Совсем по-другому выглядят липы на магистралях с интенсивным движением транспорта. Здесь немало угнетенных деревьев, особенно растущих возле светофоров. Дело в том, что при торможении автомашин в атмосферу попадает особенно много фитотоксикантов, которые сильно угнетают растения. Листья у них словно обгоревшие, а ветви, обращенные в сторону автомагистрали, нередко засохшие, отчего крона выглядит однобокой. Сравните дерево, растущее возле самой дороги и расположенное во втором ряду посадок. Они также существенно отличаются.

Индикаторные растения могут использоваться как для выявления отдельных загрязнителей воздуха, так и для оценки общего качественного состояния природной среды. Фитотоксическое действие атмосферных загрязнителей выявляется путем наблюдения за дикорастущими и культурными растениями, произрастающими в зоне загрязнения. В ходе наблюдений прежде всего необходимо исключить возможность повреждения растений биотическими или же абиотическими факторами, не связанными с загрязнением окружающей среды.

Следует заметить, что растения одного какого-то вида могут оказаться устойчивыми к действию того или иного загрязнителя. В связи с этим общее качественное состояние природной среды невозможно охарактеризовать путем изучения только одного вида. Таким образом, т. е. с помощью мониторинга на уровне вида, возможна специфическая индикация одного какого-то загрязнителя.

Мониторинг на уровне вида включает в себя констатацию присутствия растения, учет частоты его встречаемости, изучение анатомо-морфологических и физиологобиохимических свойств. При этом может учитываться, например, ширина годичных колец, площадь поврежденной поверхности листьев, аномалии роста, мощность воскового налета, содержание хлорофилла, активность некоторых ферментов.

Обнаружив по состоянию дикорастущих и культурных растений присутствие в воздухе специфических загрязнителей, приступают к измерению количества этих веществ путем стандартной экспозиции некоторых растений в обследуемом районе. Р. Гудериан (1979) предлагает использовать при этом следующие методы:

1. Экспозиция растений в контейнерах или на делянках.

2. Экспозиция в тест-камерах с фильтрованным и нефильтрованным воздухом.

3. Экспозиция на специальных стендах.

4. Испытание растений в лабораторных условиях.

На всех этих объектах производится количественное измерение отдельных реакций на загрязнение (степень повреждения листьев, скорость роста, величина урожая). Для количественной характеристики предлагается использовать генетически однородный растительный материал и стандартные условия выращивания.

Наряду с мониторингом на уровне вида используется мониторинг на уровне сообществ. При этом учитываются различные показатели разнообразия видов. Так, например, был предложен метод, в основе которого лежит способность диатомовых водорослей успешно расти на стеклах. Он позволяет фиксировать как изменения в структуре сообщества диатомовых водорослей, так и в видовом составе при воздействии загрязнений, находящихся в водной среде. При естественных условиях структура сообщества диатомовых водорослей остается довольно постоянной во времени. Однако, если в водную среду поступают загрязнения, богатые биогенными элементами (азотом, фосфором, углеродом), некоторые виды становятся очень многочисленными. При поступлении же токсических веществ наблюдается типичное снижение числа видов и величины популяций, хотя иногда некоторые виды, устойчивые к токсикантам, становятся очень многочисленными из-за отсутствия конкуренции за пищу. Такие диатометры можно помещать в различные участки реки. В ряде случаев они могут быть использованы для обнаружения присутствия небольших количеств тяжелых металлов или радиоактивных материалов, поскольку некоторые металлы концентрируются водорослями до количеств, в тысячи раз превышающих их содержание в окружающей среде.

Как на уровне вида, так и на уровне сообщества о состоянии природной среды можно судить по показателям продуктивности растений. Дело в том, что изменения в экологической обстановке сказываются на круговороте биомассы и потоках энергии в сообществах.

Среди методов мониторинга природной среды важное место принадлежит учету содержания загрязнителей в живых организмах. Некоторые анатомо-морфологические и физиолого-биохимические признаки растений могут служить критерием количества поглощенного растениями фитотоксиканта. Однако прямая зависимость между количеством поглощенного загрязнителя и интенсивностью проявлений этих признаков может отсутствовать. В связи с этим становится целесообразным непосредственное измерение его количества в растительном материале. Для этой цели удобно использовать такие растения, которые обладают устойчивостью к загрязнителям и в то же время селективно аккумулируют их. Так, например, для определения содержания в воздухе соединений фтора предлагается анализировать малочувствительные к ним растения плевела многоцветкового и плевела многолетнего. По величине накопления фитотоксикантов в листьях за определенный период можно определить среднее его содержание в окружающем воздухе.

Для оценки загрязненности атмосферы вредными примесями в прошлом японские исследователи предлагают использовать анализ строения годичных колец деревьев. С этой целью рекомендуется исследовать очертания самих колец, а также плотность ранней и поздней древесины.

Индикаторы присутствия сернистого газа

Лишайники нетребовательны к факторам внешней среды, они являются пионерами, поселяющимися на голых скалах. Однако для своего существования эти растения нуждаются в очень чистом воздухе. Малейшее загрязнение атмосферы, не влияющее на большинство высших растений, вызывает массовую гибель лишайников.

Еще в 1866 г. финский лихенолог В. Нюландер, описавший лишайники Парижа, отметил видовую бедность лихенофлоры большого города по сравнению с флорой его окрестностей. При повышении степени загрязненности воздуха первыми исчезают из городов кустистые лишайники, затем листоватые и, наконец, накипные (корковые) лишайники. Во многих промышленно развитых городах, особенно вокруг заводов, возникают зоны, в которых лишайники вообще отсутствуют. Это так называемая «лишайниковая пустыня». Для того чтобы читатели имели представление о размерах «лишайниковой пустыни», приведем следующие цифры: в 1957 г. ее площадь в Мюнхене составила 58 км^2, а в Таллине в 1954 г. — около 12 км^2.

Почему именно лишайники так чувствительны к загрязнению природной среды? Исследователи объясняют это рядом причин. Во-первых, у лишайников отсутствует непроницаемая кутикула, благодаря чему обмен газов происходит свободно через всю поверхность. Во-вторых, большинство токсичных газов концентрируется в дождевой воде, а лишайники впитывают дождевую воду всей поверхностью в отличие от цветковых растений, которые поглощают воду в основном из почвы. В-третьих, большинство цветковых растений в наших широтах активно только летом, когда уровень загрязненности обычно ниже; в то же время некоторые лишайники обладают способностью к росту при температурах ниже 0°. В-четвертых, в отличие от цветковых растений лишайники не способны избавляться от пораженных ядовитыми веществами частей своего тела каждый год.

Перечисленные выше причины высокой чувствительности лишайников к загрязнителям природной среды позволяют понять, почему в городах редко можно видеть этих представителей растительного мира. Главный враг лишайников в городах — сернистый газ. Именно он определяет распространенность некоторых эпифитных лишайников. Ученые установили, что чем выше уровень загрязненности природной среды сернистым газом, тем больше содержание серы в слоевищах лишайников, причем живое слоевище аккумулирует серу из среды интенсивнее, чем мертвое.

Вот почему, если вы решили отдохнуть в данной местности и хотите установить, насколько чист в ней воздух, поищите вокруг лишайники. Чем чище воздух, тем разнообразнее видовой состав этих растений и интенсивнее их рост. Человек, знающий некоторые виды лишайников, может довольно точно установить концентрацию сернистого газа в воздухе. Прогуливаясь по городу, он может констатировать полное отсутствие лишайников («лишайниковая пустыня»). Это означает, что концентрация двуокиси серы в воздухе превышает 0,3 мг/м^3. Присутствие в городе некоторых выносливых по отношению к загрязнителям лишайников, например ксантории, фисции, анаптихии, леканоры, свидетельствует о том, что количество сернистого газа колеблется от 0,05 до 0,2 мг/м^3. Если же вы видите на стволах деревьев пармелии, алектории и другие виды, то воздух довольно чист, содержание двуокиси серы не превышает 0,05 мг/м^3.

Экспериментально установлено, что сернистый газ в концентрации 0,08—0,1 мг/м^3 вызывает нарушение процесса фотосинтеза, появление бурых пятен в хлоропластах лишайниковых водорослей, деградацию хлорофилла, угнетение роста слоевищ. При низких значениях pH 3,2–3,4 хлорофилл необратимо окисляется, а при pH 2–3 он превращается в феофитин или расщепляется еще дальше. Повышение влажности приводит к усилению растворения сернистого газа и подкислению среды. По этой причине лишайники очень неустойчивы к фитотоксиканту при высокой влажности, но могут успешно выжить при достаточно большой концентрации двуокиси серы, если слоевище сухое.

Особое внимание исследователей привлек лишайник гипогимния вздутая (Hypogymnia physodes), серые, узколопастные слоевища которой часто встречаются на стволах хвойных. Он широко распространен на территории Европы. При концентрации сернистого газа 0,23 мг/м^3 воздуха этот лишайник полностью отмирает за 29 суток. При меньшей концентрации сернистого газа (0,08 мг/м^3) после восьмисуточного воздействия некроз занимал 60 % площади слоевища (Гудериан, 1979).

Для индикации загрязненности воздуха с помощью лишайников последние срезают вместе с корой деревьев незагрязненных районов, помещают на специальные стенды и выставляют в обследуемых местах. Скорость отмирания слоевища регистрируется с помощью фотографирования, которое производится на цветную или инфракрасную пленку через определенное время. Кроме того, путем микроскопирования определяют процент поврежденных клеток водорослей лишайников. Если нужно, можно определить еще содержание хлорофилла. Так осуществляется контроль за состоянием окружающей среды с помощью лишайников, выявляются границы загрязненной территории.

Установлено, что по мере удаления от центра Рура скорость отмирания подопытного лишайника снижается. Особенно удобны лишайники в качестве индикаторов загрязненности окружающей среды, по мнению Р. Гудериана (1979), в случае низких концентраций токсических веществ.

С целью индикации загрязненности окружающей среды используются специальные карты, показывающие частоту встречаемости лишайников и степень покрытия ими стволов. Такие карты составлены для различных районов ЧССР, ФРГ, Великобритании, Канады и других стран. Они почти полностью совпадают с картами, составленными на основании показаний приборов, регистрирующих загрязненность окружающей среды.

Хвойные породы особенно сильно страдают от сернистого газа. Чувствительность к нему у хвойных пород убывает в такой последовательности: ель, пихта, сосна веймутова, сосна обыкновенная, лиственница. Продолжительность жизни хвои сосны в зонах сильного загрязнения сернистым газом составляет один год, тогда как в норме — 3–4 года. Путем учета продолжительности жизни хвои и характера некрозов можно определить степень поражения хвойных насаждений сернистым газом. Важным критерием этого является также содержание хлорофилла.

Особенно удобной для целей индикации сернистого газа по содержанию хлорофилла считается криптомерия японская (Cryptomeria japonica). Ее можно использовать в течение всего года.

Согласно Гертелю, хвоя сосны образует на своей поверхности тем более толстый слой воска, чем выше концентрация или продолжительнее воздействие на нее сернистого газа. Это обстоятельство послужило основанием для разработки количественного метода индикации присутствия в атмосфере данного соединения. Суть метода заключается в том, что определенное количество хвои кипятится в воде. Принимается, что степень помутнения экстракта прямо пропорциональна количеству воска, покрывающего хвою. Чем выше мутность, устанавливаемая с помощью приборов, тем больше концентрация сернистого газа в воздухе. Такой метод получил название «тест помутнения по Гертелю».

Дальнейшие исследования показали, однако, что помутнение водного экстракта из хвои вызвано не только воском, но и целым рядом других веществ, присутствующих в растительном материале. В связи с этим возникли сомнения относительно достоверности данных, полученных с помощью указанного метода. Между тем накопление эпикутикулярного воска под влиянием сернистого газа обнаружено не только у хвойных, но и у других растений, в частности у райграса. По этой причине, возможно, следует определять не интенсивность помутнения экстракта, а непосредственно содержание воска в растительном материале.

Вместе с тем двуокись серы вызывает характерные изменения в содержании фенольных соединений, которые наблюдались за месяц до проявления видимых симптомов повреждения растений ели обыкновенной. В связи с этим реакцию изменения содержания фенолов в хвое ели предлагается использовать для оценки количества сернистого газа, загрязняющего воздух.

Другой характерный признак действия двуокиси серы на растения — снижение pH содержимого клеток. Если растения росли в центре города, то величина pH содержимого клеток коры липы широколистной (Tilia platyphyllos) равнялась 2,72, клеток ясеня обыкновенного (Fraxinus excelsior) — 3,12, а клена остролистного (Acer platanoides) — 3,42. На расстоянии 16,5 км от центра города у тех же объектов величина pH составляла соответственно 3,74, 4,21, 4,35. Между величиной pH и содержанием серы в образцах коры трех растений найдена тесная корреляция. У образцов с более кислой средой отмечено более высокое содержание серы. Таким образом, показатель кислотности клеточного содержимого может служить индикатором накопления растениями сернистого газа.

В качестве показателя скрытого повреждающего действия сернистого таза предлагается использовать интенсивность выделения этилена хвоей лиственницы, сосны и ели, величину активности фермента глутаматдегидрогеназы в листьях гороха и другие критерии.

Салат, люцерна, клевер, гречиха, хлопчатник, овес, подсолнечник, пшеница и ячмень очень сильно страдают от присутствия в среде сернистого газа. Американские исследователи предлагают использовать в качестве индикаторного растения мятлик однолетний (Роа annua), обладающий чрезвычайно высокой чувствительностью к загрязненности воздуха сернистым газом и другими газообразными примесями.

Индикаторы присутствия фтора

При индикации загрязненности атмосферы фтором используют две группы растений: устойчивые и неустойчивые к нему. Устойчивые к данному фитотоксиканту растения накапливают его. Количество фтора в этих растениях и служит показателем загрязненности воздуха фтором. Очень чувствительные к фтору растения реагируют на присутствие даже слабых концентраций этого фитотоксиканта развитием некрозов листьев.

Гладиолусы и фрезия особо чувствительны к фторидам. Эти растения предлагается широко использовать для оценки загрязненности воздуха указанными веществами. Гладиолусы очень удобны для этих целей, так как обладают повышенной устойчивостью к другому широко распространенному фитотоксиканту — сернистому газу. Весьма ценным для индикации присутствия фтора в атмосфере является голландский сорт гладиолусов «Снежная королева». По мере увеличения концентрации фтора в воздухе верхняя часть листьев растений отмирает. В качестве индикаторного растения на фториды гладиолус, успешно используется в США и Канаде.

Предложены и другие способы индикации загрязненности воздуха фторидами. Один из них основан на определении активности фермента пероксидазы. Установлено, что в растениях абрикоса, растущих вблизи алюминиевого завода, повышенное содержание фтора в тканях коррелировало с более значительной активностью пероксидазы. Повышение активности этого фермента предшествовало появлению внешних признаков отравления фтором. В связи с этим предлагается использовать показатель пероксидазной активности для оценки скрытых повреждений растений, вызываемых фтором. Аналогичные закономерности были обнаружены при действии фтора на растения ели, сосны и бука.

Индикаторы присутствия тяжелых металлов

Загрязнение окружающей среды медью резко сказывается на темпах роста растений, которые приобретают при этом карликовую форму. У некоторых из них (мак, роза) окраска лепестков меняется на голубую или даже черную. У шток-розы в этом случае цветки с ненормально узкими лепестками. Цветки эшшольции при избытке меди становятся сизыми. Прорастание семян табака под влиянием меди резко тормозится.

Некоторые бромелиевые и орхидные, культивируемые в теплицах, оказались очень чувствительными к цинку. Выяснилось, что они накапливали этот элемент из дождевой воды, которой их поливали. Цинк попадал в воду из оцинкованных несущих конструкций оранжерей. Вполне естественно, можно попытаться использовать эти растения в качестве индикаторов загрязненности окружающей среды цинком. В природной обстановке у растений под влиянием избытка цинка отмирают кончики листьев, возникают уродливые формы. У мака цветки иногда становятся махровыми.

Симптомы повреждения растений томатов никелем очень специфичны: на листьях появляются различные по величине некротические пятна. Нередко на стеблях возникают побуревшие участки, происходит усыхание стеблей в форме перетяжки. Более высокие концентрации никеля приводят к подавлению роста стеблей и корней, отмиранию точек роста.

Смолевка, поглотившая много свинца, приобретает карликовую форму. Листья и стебли этого растения становятся темно-красными, а цветки мелкими и невзрачными.

При избытке кобальта наблюдается ненормальное развитие лиственницы. Аномалия проявляется в виде неоднократного появления шишек (2–3 раза за сезон).

В апреле возникают шишки белого цвета, которые после засыхания сменяются шишками розового цвета. В июне шишки розового цвета засыхают и опадают. Вместо них появляются желтые шишки. Наконец, в июне вырастают зеленые шишки, но их цвет постепенно меняется на зеленовато-бурый или даже бурый. Ученые проследили за содержанием кобальта в шишках разного возраста и установили, что по сравнению с зелеными в белых, розовых и желтых шишках содержится в два раза больше кобальта. В буреющих шишках снова наблюдается накопление этого элемента. При обилии в окружающей среде кобальта у караганника возникают линзообразные и бочкообразные утолщения на стволах. Растение становится кривым и уродливым.

Для индикации загрязненности атмосферы тяжелыми металлами в Скандинавских странах используются низшие растения: сфагновые мхи, лишайники. Различные виды этих растений имеют неодинаковую способность к поглощению и накоплению тяжелых металлов. По данным шведских исследователей, накопление свинца, железа и марганца происходит более интенсивно в сфагнуме буром (Sphagnum fuscum) — мхе олиготрофных болот, произрастающем на кочках, по сравнению со сфагнумом длинноостроконечным (Sphagnum cuspidata), встречающимся в смежных западинках. Исследователи объясняют этот факт более высокой продуктивностью, а также повышенной ионообменной способностью сфагнума бурого. Это растение удобно использовать для индикационных целей.

Способность низших растений аккумулировать тяжелые металлы — загрязнители природной среды — широко используется при составлении карт загрязненности городов и территорий, примыкающих к автострадам. Химический анализ мхов позволил установить, что в г. Хельсинки максимальная концентрация свинца (80 мкг/л) находится на расстоянии 20 м от дороги, тогда как начиная с 40–50 м она составляет 30 мкг/л и в дальнейшем остается на этом уровне. Сходным образом изменялась концентрация цинка (от 8 до 4 мкг/л) и железа (от 2 до 0,5 мкг/л). Чем интенсивнее движение автотранспорта по дороге, тем больше свинца обнаруживалось во мхах. Так, например, при максимальной нагрузке содержание свинца составляло 223 мкг/л, а при минимальной — 40–50 мкг/л.

Так с помощью растений удается определять степень загрязненности природной среды тяжелыми металлами.

Индикаторы выхлопных газов автомобилей

Отрицательное воздействие выхлопных газов автомобилей проявляется на некоторых растениях настолько отчетливо, что их с успехом можно использовать для обнаружения опасной для здоровья людей концентрации этих газов. Особенно это важно в таких местах, где вследствие слабой циркуляции воздуха может происходить скопление выхлопных газов, например, в туннелях для автотранспорта. С целью индикации опасных концентраций ядовитых веществ там помещают сосуды с разными растениями. При большой концентрации газов концы листьев у ряда растений засыхают, а на самих листьях появляются светлые участки, лишенные хлорофилла. Эти показатели свидетельствуют о необходимости вентиляции в туннеле.

Чрезвычайно чувствительно к выхлопным газам автомобилей комнатное растение традесканция. Французские ученые подметили, что окраска ее тычинок меняется из синей в розовую при увеличении в воздухе окиси углерода и окислов азота, выбрасываемых двигателями внутреннего сгорания.

Индикаторы смога

Культурные растения под влиянием смога резко снижают урожайность: бобы — на 25, а помидоры — на 33 %. Между степенью повреждения растений от загрязнений (некроз, ожоги листьев, хлороз) и величиной урожая имеется вполне определенная количественная связь. Таким образом, культурные растения могут выступать в роли индикаторов загрязненности окружающей среды смогом.

С помощью гамма-облучения японские исследователи вывели очень чувствительный к смогу сорт бегонии, который при первых признаках фотохимического смога (0,15 частей газа на миллион частей воздуха) покрывается пятнами. Если концентрация смога продолжает увеличиваться, то пятна на листьях вздуваются, а затем образуются сквозные отверстия.

Индикаторы озона

Одним из компонентов фотохимического смога является озон. Установлено, что разные сорта одного и того же растения неодинаково реагируют на загрязнение окружающей среды, подобно тому как существует сортовая реакция растений по отношению к вредителям, болезням, воздействию неблагоприятных условий. Некоторые сорта растений оказались чувствительными к определенным веществам, загрязняющим воздух. Фасоль сорта Пинто реагирует на избыток озона и пероксиацетилнитрата. Выведены сорта табака, отличающиеся по отношению к озону. Так, растения сорта BelB устойчивы, сорта BelC чувствительны, а сорта BelW_3 сильно чувствительны к нему.

В 1967 и 1968 гг. в отдельных районах ФРГ определяли загрязненность воздуха озоном на основе симптомов повреждения растений-индикаторов. В качестве растения-индикатора был использован табак сорта BelW_3. Установлено, что степень повреждения растений в условиях ФРГ была ниже, чем в США. Авторы исследований объясняют это тем, что в ФРГ концентрация озона в воздухе при проведении опыта была сравнительно невысокой. В связи с этим для учета влияния пониженных концентраций озона требуются сорта табака более чувствительные, чем растения сорта BelW_3.

Между тем в США в 1976 и 1977 гг. восьминедельные растения табака сорта BelW_3, выращиваемые в поле на о-ве Нантакет, проявляли симптомы повреждения озоном, переносимым ветром с индустриальных районов Нью-Йорка и Вашингтона через открытый океан,

В 1981 г. был предложен оригинальный метод учета повреждений индикаторных растений озоном, включающий два этапа:

1) фотографирование поврежденных листьев в поле;

2) проведение измерений на негативах с помощью телевизионной камеры, соединенной с вычислительной машиной.

Фотографирование листьев в поле производится в определенном положении с использованием подсветки. С помощью зеленого светофильтра получают негативы, на которых некротические участки выглядят как темные пятна на белом фоне. Негативы рассматривают в телевизионной системе. Размер поврежденной фракции листа подсчитывают с помощью малой вычислительной машины. Преимущество этого метода в том, что он объективен и что фотографирование можно производить прямо в поле, не повреждая растений. Исследовалась также реакция указанных сортов табака на озон в условиях культуры ткани. В этом случае культивировавшиеся на искусственной питательной среде кусочки тканей вскоре становились коричневыми в результате разрушения поверхностных клеток. Одним из характерных признаков действия озона на растения является ингибирование прорастания пыльцы. В связи с этим предложено использовать прорастающую пыльцу в качестве биотеста на озон. Указанные выше сорта табака оказались сильно различимыми и по скорости роста пыльцевых трубок в присутствии озона. Длина пыльцевых трубок у чувствительного сорта табака BelW_3 в присутствии озона была в два раза короче, чем у BelB.

Другой эффект действия озона — разрушение хлорофилла. В связи с этим некоторые исследователи предлагают простой и быстрый метод оценки повреждений озоном листьев фасоли сорта Пинто по убыли хлорофилла.

Японские исследователи предложили в качестве индикатора загрязнения окружающей среды озоном растения ипомеи сорта Scarlet O’Hara.

Индикаторы радиоактивности

Некоторые водоросли обладают способностью избирательно накапливать отдельные элементы, в том числе радиоактивные (цирконий, рутений, иттрий, торий и др.). Так, например, концентрация стронция-90 в тканях протококковой водоросли сценедесмус превышает концентрацию этого элемента в воде в 1000–9000 раз. Высокую концентрацию радиоактивных веществ несут планктонные диатомовые водоросли, удельная радиоактивность которых в зараженной среде в 2 тыс. раз больше, чем в воде.

В связи с этим с помощью растений становится возможным контроль за радиоактивностью водоемов в случае попадания в них радиоактивных отходов. Так, например, исследование радиоактивности водорослей в р. Колумбия позволило определить площади заражения воды ниже Хэнфордских реакторов, которое было значительным уже на расстоянии 25–50 км.

Микроорганизмы — индикаторы загрязненности

Ученые подметили, что некоторые микроорганизмы очень чутко реагируют на состояние окружающей среды. Они, например, чувствуют чрезвычайно малые дозы вредных веществ, поступающих с промышленными стоками и атмосферными осадками. Большой интерес в связи с этим представляют светящиеся бактерии. Некоторые из них перестают светиться в присутствии самых разнообразных веществ, в частности газообразных промышленных загрязнений, например сернистого газа.

В настоящее время ученые создают штаммы бактерий, которые сигнализировали бы о присутствии различных токсикантов, а также конструируют приборы, в которых детекторами загрязнений служат сменные патроны, заполненные питательной средой с бактериями. Прекращение свечения бактерий под действием вредных примесей будет восприниматься фотоэлементами, которые подадут соответствующие сигналы человеку.

Приборы подобного типа будут использоваться для определения опасных концентраций анестезирующих веществ в операционных, содержания ядохимикатов вблизи обрабатываемых полей, для обнаружения утечки ядовитых веществ в лабораториях, а также в поисках полицией наркотиков.

* * *

Приведенные примеры свидетельствуют о том, что селекционеры могут сделать весьма многое для создания растений — индикаторов различного рода загрязнений атмосферы. Очень чувствительные растения, по существу, могут заменить сложную дорогостоящую установку для газовых анализов. Такой «газоанализатор» окажется доступным каждому человеку.

При использовании растений в качестве индикаторов загрязненности атмосферы следует иметь в виду, что сила ядовитого действия загрязнений зависит от состояния устьиц. Состояние устьиц, в свою очередь, определяется климатическими факторами. В засушливом году устьица открыты слабее, чем в достаточно влажном, поэтому растения, растущие вблизи очагов загрязнения атмосферы, будут повреждаться в меньшей степени. Опыты, проведенные в Югославии, хорошо подтверждают эту мысль. В засушливом 1971 г. содержание серы в растениях, произрастающих в условиях постоянного загрязнения атмосферы, источником которого являлись железорудные заводы «Зеница», было меньше, несмотря на то что заводы работали более производительно. В связи с этим рекомендуется при использовании листьев древесных пород в качестве индикаторов загрязнения атмосферы учитывать характер метеорологических условий года и вносить соответствующие поправки.

Глава 3. Роль растений в детоксикации вредных загрязнителей окружающей среды

Определить с помощью растений степень загрязненности воздуха и воды вредными веществами — значит решить только часть проблемы охраны окружающей среды. Каким образом можно избавиться от вредных примесей? Здесь на помощь человеку вновь приходят растения.

Борьба с загрязнением атмосферы и гидросферы должна вестись прежде всего с помощью технологических приемов. Однако применение даже очень совершенных фильтров не может полностью предотвратить поступление в окружающую среду вредных веществ. Кроме того, технологические усовершенствования часто нейтрализуются ростом числа объектов, загрязняющих окружающую среду.

В связи с этим наряду с технологическими способами борьбы с загрязненностью атмосферы и гидросферы должен шире применяться биологический метод. Растения призваны дополнять технологические способы борьбы с запыленностью и задымленностью атмосферы, осуществлять доочистку сточных вод.

Растения очищают атмосферу

Способность растений очищать атмосферу от вредных примесей определяется прежде всего тем, насколько интенсивно они их поглощают. Исследования показали, например, что наибольшей газопоглотительной способностью обладают снежноягодник и карагана древовидная, минимальной — липа войлочная и клен серебристый. Предполагают, что низкая газопоглотительная способность указанных растений связана с опушенностью их листьев.

Таким образом, опушенность растений, с одной стороны, способствует удалению из атмосферы пыли, а с другой — тормозит поглощение газов. В связи с этим для озеленения городов, территорий предприятий целесообразно отбирать породы как с опушенными, так и неопушенными листьями. Одни из них будут очищать воздух от пыли, другие — от вредных газов.

При изучении газопоглотительной способности листьев необходимо различать понятия интенсивности и емкости газопоглощения. Под интенсивностью газопоглощения понимают количество газа, поглощенное растением в единицу времени. Емкость газопоглощения — это количество газа, которое растение поглощает за весь период вегетации.

В некоторых случаях в листьях растений обнаруживается невысокая концентрация того или иного фитотоксиканта. Это может быть связано не с низкой интенсивностью газопоглощения, а с более быстрой его ассимиляцией и с оттоком ассимилятов в другие органы.

Растения осуществляют детоксикацию вредных веществ различными способами. Некоторые из них связываются цитоплазмой растительных клеток и становятся благодаря этому неактивными. Другие подвергаются превращениям в растениях до нетоксических продуктов, которые иногда включаются в метаболизм растительных клеток и используются для нужд растений. Обнаружено также, что корневые системы растений выделяют некоторые вредные вещества, поглощенные надземной частью растений, например серосодержащие соединения.

Различные биоценозы играют неодинаковую роль в очистке атмосферы от вредных примесей. Один гектар леса производит газообмен в 3—10 раз более интенсивно, чем полевые культуры, занимающие аналогичную площадь.

Высокая эффективность леса в очистке окружающей среды от вредных примесей связана отчасти с рассеиванием ядовитых газов в воздухе, поскольку в лесу течение воздуха поверх неровных древесных крон способствует изменению характера потоков в самой нижней части атмосферы.

Древесные насаждения увеличивают турбулентность воздуха, создают усиленное смещение воздушных течений, в результате чего загрязнители более быстро рассеиваются (Молчанов, 1973).

Растения и круговорот кислорода

В атмосфере и гидросфере Земли содержится 1,5∙10^15 т кислорода. Содержащийся в воздухе и воде кислород является результатом деятельности автотрофных организмов, осуществлявшейся на протяжении длительного периода истории Земли. Появление на Земле кислорода явилось мощным стимулом эволюции живых организмов, поскольку они получили возможность осуществлять свои многообразные физиологические функции благодаря использованию энергии, выделяющейся в большом количестве при аэробной диссимиляции органических веществ.

Кислород, образуемый в ходе фотосинтеза современной растительностью, используется на дыхание самих растений (около 1/3), на аэробное разложение органических веществ микроорганизмами, на дыхание животных и человека, а также на процессы горения различных веществ. Осуществление всех этих процессов приводит к тому, что почти весь кислород, выделяемый наземной растительностью, расходуется и накопления его в атмосфере почти не происходит. К тому же суммарная годовая продукция кислорода лесов составляет, по подсчетам специалистов, ничтожно малую величину по отношению к общему запасу его в атмосфере Земли, а именно около 1/22000. Таким образом, вклад наземных экосистем в баланс кислорода на нашей планете весьма незначителен. Возмещение кислорода, расходуемого на процессы горения, происходит главным образом за счет фотосинтеза фитопланктона. Дело в том, что в достаточно глубоких водоемах отмершие организмы опускаются на такую глубину, где их разложение осуществляется анаэробным путем, т. е. без поглощения кислорода.

Гидросфера оказывает влияние на баланс газов в атмосфере еще и потому, что в ней иное соотношение между азотом и кислородом. Если в атмосфере соотношение между ними равно четырем, то в водоемах относительная доля кислорода примерно в два раза выше, чем в атмосфере. Однако именно со стороны гидросферы нас и поджидает, пожалуй, наибольшая опасность. Дело в том, что в настоящее время моря и океаны все более и более загрязняются. По образному выражению Б. Уорд и Р. Дюбо (1975), океаны — это всеобщая сточная яма нашей планеты, гигантский септический бак. Человек находится под влиянием средневековых представлений о безграничности Мирового океана. Однако это далеко не так. Мировой океан представляет наиболее уязвимую часть биосферы. Интенсивный сброс в моря и океаны загрязняющих веществ создает угрозу возникновения в них анаэробных условий. Так, например, по сравнению с 1900 г. резко сократилось содержание кислорода в Ландсортской впадине Балтийского моря. В настоящее время кислород там практически отсутствует.

Что касается атмосферы, то в ней, как показывают систематические наблюдения за концентрацией кислорода, проводимые с 1910 г., содержание этого газа практически не изменилось и равно 20,9488±0,0017. Это отнюдь не означает, что нам не следует заботиться о сохранении растительного покрова Земли. Темпы использования кислорода резко возросли. По данным И. М. Кутырина (1980), за последние 50 лет было использовано кислорода в процентном отношении столько же, сколько за последний миллион лет, т. е. примерно 0,02 % атмосферного запаса. Человечеству в ближайшем будущем не будет реально угрожать кислородное голодание. Тем не менее для сохранения стабильности газового состава атмосферы предстоит искать новые виды энергий, не требующие расхода кислорода, шире использовать водную, ветровую, ядерную и другие виды энергий.

Растения и круговорот углекислого газа

Одно из важнейших значений зеленых растений заключается в том, что они осуществляют процесс утилизации углекислого газа. О масштабах этого процесса свидетельствует тот факт, что за год растения связывают в форме органических веществ около 6–7 % углекислого газа, содержащегося в атмосфере Земли. Приблизительно около трети количества образованного в ходе фотосинтеза органического вещества, расходуется самими растениями при дыхании, что приводит к высвобождению углекислого газа. Очень незначительная доля органических веществ (около 1/1000) консервируется (например, в виде торфа), а остальное количество их становится достоянием гетеротрофных организмов: микробов, животных, человека. В результате осуществления ими процессов дыхания, брожения и гниения органические вещества распадаются с выделением углекислого газа. Кроме того, углекислый газ высвобождается при горении древесины, газа, нефти, каменного угля и других горючих материалов, при извержении вулканов.

Подсчитано, что в атмосфере Земли имеется 2,3∙10^12 т углекислого газа. Атмосфера постоянно обменивается газами с гидросферой. А та содержит в 60 раз больше углекислоты, чем атмосфера. Двуокись углерода атмосферы имеет очень важное значение. Она участвует в регуляции кислотности морей и океанов: при растворении в воде углекислый газ образует угольную кислоту, в результате диссоциации которой возникает карбонатбикарбонатная буферная система.

Моря и океаны действуют подобно насосу, перекачивающему углекислый газ из полярных широт в экваториальные. Происходит это следующим образом. Газы, как известно, лучше растворяются в холодной воде, чем в теплой. По этой причине углекислый газ интенсивно поглощается в холодных областях. При помощи глубинных течений он перемещается в теплые тропические области. Здесь двуокись углерода мигрирует в атмосферу. В связи с этим парциальное давление ее в атмосфере тропиков несколько выше, чем в высоких широтах.

Систематические наблюдения за содержанием углекислого газа в атмосфере были начаты еще в середине прошлого века. Они позволили установить, что в связи с резким возрастанием промышленности начиная с конца XIX в. в атмосфере постепенно возрастает содержание углекислого газа. Только за одно десятилетие с 1960 по 1970 г. доля углекислого газа в атмосфере поднялась с 0,0315 до 0,0320 %. Ученые полагают, что к концу нынешнего тысячелетия концентрация двуокиси углерода в атмосфере возрастет до 0,0379 %.

Накопление ее может иметь самые серьезные последствия. Хорошо известно, что углекислый газ поглощает инфракрасные лучи. По этой причине он действует в атмосфере подобно стеклу в оранжерее: пропускает солнечную радиацию, но задерживает тепловое инфракрасное излучение Земли. Благодаря этому углекислый газ создает так называемый «парниковый эффект».

Еще в прошлом веке некоторые ученые пришли к заключению, что углекислый газ регулирует температуру на Земле в глобальном масштабе и что возрастание его количества в атмосфере может привести к постепенному повышению температуры на Земле, таянию полярных шапок и ледников, к поднятию уровня Мирового океана и сокращению поверхности суши. Следует отметить, что этот прогноз в настоящее время частично подтверждается. Группа японских, австралийских и американских исследователей, работавших в Антарктиде, установила, что в ряде мест этого континента ледовый панцирь постепенно сокращается, в результате чего край льда приблизился к материковой части на 140 морских миль. Ученые полагают, что в основе этого явления лежит «парниковый эффект», вызванный накоплением в атмосфере углекислого газа. Что касается уровня Мирового океана, то в пользу его повышения, возможно, свидетельствует факт постепенного затопления берегов полуострова Флорида, вокруг которого в течение уже десяти лет уровень воды повышается в среднем на полдюйма в год. По мнению некоторых специалистов, уровень Мирового океана в XXI в. поднимется на 2,5 м. Пока же, за XX в., он повысился на 10–15 см.

Средняя годовая температура земного шара равна 14°. Удвоение количества углекислого газа в атмосфере увеличит ее вследствие «парникового эффекта» на 2°. Правда, изменение температуры Земли не обусловлено только концентрацией углекислого газа в атмосфере. С 1900 по 1945 г. наблюдалось потепление климата на Земле, которое затем сменилось похолоданием, причины которого четко не установлены. Следует иметь в виду и то обстоятельство, что при повышении концентрации углекислого газа в атмосфере возрастает скорость фотосинтеза, и это в свою очередь должно способствовать временному усилению использования углекислого газа растениями. Некоторые исследователи высказывали предположение о возможном или даже начавшемся уже увеличении годового прироста биомассы на 5–7—9 %. Однако, как отмечает В. А. Ковда (1975), объективных данных в пользу такого мнения пока нет.

В связи с относительно невысокой концентрацией углекислого газа в атмосфере и внушительными масштабами фотосинтетической деятельности растения оказывают временное заметное влияние на уровень его содержания в природной среде. Так, например, отмечены суточные и сезонные колебания концентрации двуокиси углерода в воздухе. В результате фотосинтетической деятельности растений днем содержание углекислого газа ниже, чем ночью, когда растения не фотосинтезируют. В течение ночи углекислый газ накапливается между растениями, преимущественно около почвы. С восходом солнца его концентрация среди растений начинает постепенно понижаться. Сезонные колебания уровня концентрации углекислого газа выражены менее четко, чем суточные. Ученые установили, что в Северном полушарии содержание CO_2 в воздухе в течение лета ниже, чем зимой, на 0,00008 %, а в Южном полушарии — на 0,00002 %.

Интенсивность усвоения CO_2 различными лесными породами неодинакова. Если принять скорость усвоения этого газа единицей площади елового насаждения за 100 %, то такая же площадь лиственничного леса усвоит 120 %, соснового — 160, липового — 250, дубового — 450, тополиного — 700 %.

Сернистый газ

Различные виды растений обладают неодинаковой способностью к поглощению сернистого газа. За вегетационный период (с мая по сентябрь) газопоглотительная способность растений выражается, по данным Ю. З. Кулагина (1974), следующими цифрами (в пересчете на сухое вещество 10 кг листвы дерева и 3 кг листвы кустарника) (г):

Тополь бальзамический

До 180

Дерен белый

42

Ясень зеленый

140

Сирень обыкновенная

20

Вяз гладкий

120

Акация желтая

13

Липа мелколистная

100

Жимолость татарская

17

Береза пушистая

100

Барбарис обыкновенный

12

Клен ясенелистный

30

Роза морщинистая

8

Клен остролистный

20

Чубушник венечный

По другим данным, акация белая за вегетационный период может поглотить 69 г сернистого газа на 1 кг абсолютно сухих листьев, вяз обыкновенный — 39, лох узколистный — 87, тополь черный 157 г. Рододендрон (Rhododendron catawbiense) в эксперименте поглощал сернистый газ менее интенсивно, чем пираканта (Pyracanta coccinea). За 1 ч 1 дм^2 поверхности рододендрона усваивал 0,081 мг двуокиси серы, тогда как такая же площадь листьев пираканты — 0,128.

Различия в газопоглотительной способности растений необходимо учитывать при создании санитарно-защитных зон. Некоторые виды (клен ясенелистный, клен остролистный, роза морщинистая, чубушник венечный) характеризуются низкой газопоглотительной способностью и благодаря этому являются высокоустойчивыми к сернистому газу. Поэтому их рекомендуют использовать в посадках, принимающих на себя действие высококонцентрированных газовых потоков.

Некоторые растения отличаются высокой газопоглотительной способностью и одновременно являются устойчивыми к сернистому газу (тополь бальзамический, дерен белый). Эти растения очень удобны для создания лесных полос, предназначенных для очистки воздуха от этого токсиканта. Они зимостойки и засухоустойчивы. К тому же тополь бальзамический растет очень быстро, а дерен теневынослив, благодаря чему может быть использован в качестве подлесочной породы.

В условиях степной зоны Украины сернистый газ усваивается из воздуха целым рядом растений. В зависимости от способности аккумулировать серу эти виды располагаются в следующем порядке: берест>шелковица>бирючина>акация>бузина>айлант>тополь.

Прекрасными объектами для озеленения загазованных районов в Белоруссии считаются: тополь канадский, тополь душистый, тополь бальзамический, тополь берлинский, дерен белый, ива белая. Они отличаются высокой газоустойчивостью и вместе с тем являются весьма ценными для очистки воздуха от газообразных соединений серы.

Благодаря поглощению сернистого газа лесными растениями концентрация его на опушке леса и внутри лесного массива неодинакова.

Движущей силой поглощения двуокиси серы растениями является диффузия молекул главным образом через устьица. Чем сильнее опушены листья, тем меньше поглощают они сернистого газа. Так, например, низкой поглотительной способностью обладают липа войлочная и клен серебристый. Напротив, снежноягодник и желтая акация интенсивно поглощают двуокись серы.

После поступления газа внутрь листа происходит его растворение в жидкой фазе клеток. По этой причине скорость поступления фитотоксиканта оказалась сильно зависимой от влажности воздуха и насыщенности листьев водой. Если листья увлажнены, то они поглощают сернистый газ в несколько раз быстрее по сравнению с сухими листьями. Влажность воздуха также оказывает влияние на этот процесс. При относительной влажности воздуха 75 % растения фасоли поглощали сернистый газ в 2–3 раза интенсивнее, чем растения, произрастающие при влажности 35 %. То же самое наблюдается и у гинкго.

Кроме того, скорость поглощения зависит от освещения. На свету листья вяза поглощали серу на 1/3 быстрее, чем в темноте.

Наконец, поглощение сернистого газа имеет связь с температурой. При температуре 32° растения фасоли более интенсивно поглощали этот газ по сравнению с температурой 13 и 21°. В опытах с различными по устойчивости видами злаков показана прямая связь между концентрацией сернистого газа в растениях и температурой. В связи с тем, что в дневные часы температура выше, чем ночью, побеги сосны в полдень поглощали сернистый газ в 3–4 раза быстрее по сравнению с ночным временем суток.

Поглощенная листьями двуокись серы окисляется до сульфатов, благодаря чему токсичность ее резко снижается. Сульфатная сера включается в обменные реакции, протекающие в листьях, а частично может накапливаться в растениях без возникновения функциональных нарушений. Если скорость поступления двуокиси серы соответствует скорости превращения ее растениями, влияние этого соединения на них невелико. Поглощенный надземными частями сернистый газ передвигается по растению, доходя до корней. Некоторые исследователи обнаружили, что корневыми системами соединения серы выводятся в почву. Возможно, что таким образом растения могут регулировать содержание серы в тканях и избавляться от вредных концентраций фитотоксиканта. Выяснено также, что сернистый газ может поглощаться корнями и перемещаться из них в листья.

Специальные исследования показали, что растения фасоли, культивируемые на питательной среде без серы, в случае газации сернистым газом концентрации 0,5 мг/кг в течение 30 ч на 80 % удовлетворяют свои потребности в сере. После четырех недель газации сухая масса вегетирующих растений в условиях недостатка сульфатов в почве была более чем в 3,5 раза выше, чем в контроле (в чистом воздухе). При этом возрастает также площадь ассимиляционной поверхности. Растения подсолнечника в случае газации сернистым газом удовлетворяли свои потребности в сере на 60 %. После 5 недель газации сернистым газом концентрации 0,5 мг/кг у растений, выращенных на питательной среде без серы, наблюдалось более чем трехкратное увеличение ассимиляционной поверхности, трехкратное возрастание длины стеблей.

Сероводород

Сероводород, загрязняющий иногда атмосферу, может поглощаться листопадными и вечнозелеными растениями, причем разные виды накапливают этот фитотоксикант с различной скоростью.

В высоких концентрациях сероводород вреден для растений, однако низкие его концентрации могут повышать темпы их роста. Так, например, доза этого соединения 300 мг/кг воздуха вызывала депрессию роста салата и сахарной свеклы, а в концентрации 30 мг/кг урожай салата, вес свежих и высушенных листьев и корней сахарной свеклы в условиях теплицы увеличивался. Добавление к сероводороду углекислого газа устраняло депрессию роста этих растений, вызванную высокой концентрацией сероводорода, а в случае хлопчатника и люцерны ускоряло рост растений по сравнению с контролем.

В растениях сероводород может окисляться до сульфатов и транспортироваться в другие органы или накапливаться в листьях. Кроме того, он может связываться с образованием аминокислот (метионина, цистеина и цистина). Эти аминокислоты передвигаются преимущественно по флоэме в растущие органы. Некоторые авторы предполагают, что образование серосодержащих аминокислот — один из способов детоксикации сероводорода. В то же время этот способ его детоксикации играет, по-видимому, незначительную роль.

Успешно произрастают на промышленных площадках, загрязненных сероводородом, алиссум морской, левкой двурогий, а также однолетний, тагетесы прямостоячий и раскидистый, целозия гребенчатая. Эти растения ученые рекомендуют использовать при озеленении территорий, загрязненных сероводородом.

Хлор и его соединения

Отдельно взятые деревья ивы, тополя и ясеня, имеющие как минимум 5 кг листьев, способны поглотить за вегетационный период 200–250 г хлора, кустарники — 100–150 г. Лох узколистный, шелковица, акация белая, тамариск способны накапливать в своих органах до 1 % хлора, оставаясь неповрежденными.

Бельгийская комиссия по озеленению промышленных предприятий, выбрасывающих в атмосферный воздух хлористый водород, располагает изученные виды в следующий ряд (начиная с наименее устойчивых): лещина обыкновенная, дуб черешчатый, береза белая, клен нолевой, ива пепельная, лиственница европейская, ежевика, ясень обыкновенный, тополь серебристый, осина, туя восточная, роза.

Окислы азота

Окислы азота поступают в однолетние сеянцы сосны тем быстрее, чем выше их концентрация в окружающей среде. При этом NO_2 поглощается растениями в три раза более энергично, чем NO.

По данным С. В. Дурмишидзе (1977), усвоение и превращение двуокиси азота листьями растений происходит с высокой скоростью. Уже после двухминутной экспозиции побега виноградной лозы в атмосфере 15NO_2 все органеллы клеток листьев: ядра, пластиды, митохондрии, рибосомы — оказались обогащенными меченым азотом. Двуокись азота поглощается из воздуха как травянистыми, так и древесными растениями. Из листьев меченый азот передвигается затем в другие органы — стебли и корни. По интенсивности поглощения и включения 15NO_2 в азотсодержащие соединения выделялись сосна эльдарская, ясень, клен американский, сосна черная, граб кавказский, дуб имеретинский, дуб грузинский, яблоня обыкновенная, райграс английский. Двуокись азота усваивается корнями и зелеными побегами растений. Особенно интенсивно поглощается она всасывающими корнями. Из корней 15N передвигается в надземные органы растений: в стебель, побеги и листья.

Восстановленный листьями и корнями азот включается затем в аминокислоты. У яблони при этом метка фиксируется в α-аланине, глутаминовой кислоте, тирозине, валине, в листьях шелковицы — в α-аланине, тирозине, фенилаланине и лейцине, у лоха узколистного — в глутаминовой и аспарагиновой кислотах, а у вишни — в валине и глутаминовой кислоте. Первоначально из двуокиси азота образуются азотистая и азотная кислоты, которые в растениях подвергаются нейтрализации с помощью ионов натрия и калия. Таким образом, интенсивность поглощения двуокиси азота растениями обусловлена двумя процессами: нейтрализацией образующихся кислот и восстановлением азота с последующим включением его в состав аминокислот.

Другие окислы азота NO, N_2O_3 и N_2O_5 легко растворяются в воде, содержащейся в воздухе, а затем усваиваются растениями. Однако для успешного протекания этого процесса необходимо, чтобы концентрация окислов азота не была губительной для растений. Нормальное усвоение и превращение окислов азота в растениях протекает при их физиологических концентрациях, которые бывают разными в зависимости от внешних условий и вида растения.

Растения, интенсивно поглощающие и усваивающие окислы азота и дающие большую биомассу, могут играть важную роль в очистке окружающей среды от этих фитотоксикантов.

Аммиак

Детоксикация аммиака растениями исследована С. В. Дурмишидзе (1977). Данное соединение обладает слабо выраженной токсичностью. В воздухе в присутствии влаги аммиак реагирует с углекислым газом, образуя карбонаты, или с водой, превращаясь в гидрат окиси аммония. В этих условиях аммиак может образовывать также сульфаты, хлориды и другие аммонийные соли. Связывание поглощенного аммиака растениями происходит в основном в форме амидов — аспарагина и глутамина. Кроме того, могут образовываться аспарагиновая и глутаминовая кислоты, аланин, аргинин и тирозин. Активно участвуют в детоксикации аммиака органические кислоты с образованием аммонийных солей. На это указывает тот факт, что общее обогащение меченым азотом аммиака виноградной лозы гораздо выше, чем суммарная радиоактивность аминокислот, что указывает на быстрое превращение газообразного аммиака в корнях в соли аммония.

Усвоение газообразного аммиака растениями происходит довольно быстро, однако после насыщения растений аммиаком интенсивность его включения в корни и листья уменьшается или остается на неизменном уровне.

Угарный газ

Различные растения поглощают угарный газ неодинаково. Более чувствительная к нему традесканция интенсивнее поглощает его, чем устойчивая овсяница луговая.

Сотрудники Института биохимии растений АН ГССР исследовали механизм усвоения этого соединения растительными организмами. Оказалось, что они усваивают окись углерода и включают ее в общий метаболизм. Проростки райграса, кукурузы и фасоли, выращенные в стерильных условиях, активно метаболизируют угарный газ. Усвоение и превращение его происходят как на свету, так и в темноте, однако на свету эти процессы осуществляются значительно быстрее. Листья некоторых растений способны связывать угарный газ на свету даже в том случае, если содержание его в газовой среде составляет 60–90 %. При низких концентрациях СО (1,25–12,5 мг/м^3) скорость фиксации этого соединения листьями растений мало зависела от освещения.

В результате первичного окисления из окиси углерода образуется углекислый газ, который потребляется растениями в ходе фотосинтеза. По этой причине интенсивность усвоения угарного газа на свету значительно выше, чем в темноте.

Интенсивность связывания СО варьирует также у разных видов растений. Угарный газ активно усваивается кленом, бирючиной, ольхой, осиной, елью. Установлено, что однорядная посадка клена ясенелистного (при ширине полосы 4 м) снижает уровень загрязненности воздуха угарным газом на 7—10 %, а при пятирядной посадке (ширина полосы 30 м) снижение уровня загрязненности угарным газом составляет 60–70 %. По другим данным, каждый 1 км^2 поверхности, занятой высшими растениями, за сутки усваивает от 12 до 120 кг окиси углерода. В пересчете на год растительность Земли усваивает 3—30∙10^8 т угарного газа.

Важная роль в связывании СО принадлежит почвенным бактериям. Еще в 1926 г. было установлено, что садовая почва, помещенная в атмосферу светильного газа, поглощает угарный газ. Однако, если почва была предварительно простерилизована, фиксации СО не происходило. Дальнейшие исследования позволили установить, что наибольшую CO-связывающую активность проявляют богатые органикой почвы, в частности тропические, а наименьшую — почвы пустынь. Активность почвы возрастает с повышением температуры, достигая максимума при 30°. Если же температура становилась выше 40°, то наблюдалось не поглощение, а выделение СО. Масштабы поглощения угарного газа почвенными микроорганизмами оцениваются исследователями по-разному: от 5–6∙10^8 т/год до 14,2∙10^9 т/год.

Свинец

Древесные растения (каштан конский, липа сердцевидная, тополь черный), произрастающие вдоль улиц городов, очищают воздух, загрязненный выхлопными газами автомобилей, от свинца. Интенсивность очищения воздуха от этого элемента составляет 30–40 мг на 1 кг сухой массы листьев. Осадки смывают с листьев 30–60 % этого металла. Растения, подкормленные минеральными удобрениями, интенсивнее поглощают свинец, чем неподкормленные растения. Наибольшей очищающей способностью по сравнению с другими изученными объектами отличаются листья конского каштана. Сомкнутые насаждения вдоль автомобильных дорог значительно ограничивают распространение свинца, содержащегося в выхлопных газах автомобилей.

Пыль

Велика роль зеленых насаждений в очистке воздуха от пыли. Мы уже отмечали, что особенно запыленным является воздух городов с развитой промышленностью. Даже в поле содержится до 25 г, а в засуху до 50 г. пыли на 1 м^3 воздуха. Вместе с тем в лесу пыль практически отсутствует. Например, на расстоянии 3 км от опушки леса число пылевых частиц составляет всего 5 % от того количества, которое имеется в воздухе у стены леса. Ученые, работающие на Лесной опытной даче Тимирязевской сельскохозяйственной академии, в конце марта определяли количество пылевых частиц в снежном покрове. Для этого пробы снега оттаивали, после чего осадок отфильтровывался и высушивался. Оказалось, что на 1 м^2 поверхности изреженного соснового леса приходится 49–63 г пылевых частиц, тогда как в кварталах, расположенных в центре лесного массива, — 23–25 г. Из этого можно сделать заключение, что леса играют особую роль в очистке воздуха от ныли. Дело в том, что если площадь листовой поверхности травянистых ландшафтов превосходит занимаемую территорию в 2–6 раз, то лесных — в 7—10 раз. Одно дерево тополя высотой 9 м имеет площадь ствола и ветвей, равную 8,5 м^2, и плюс к тому листовую поверхность, равную 51 м^2. Площадь хвои на 1 га густого леса составляет 10–12 га. Исследователи установили, что 1 га пихтового леса в состоянии задержать за год 32, елового — 30, соснового — 35, дубового — 54 т пылевых частиц. Еще более эффективен в этом отношении буковый лес, каждый гектар которого задерживает до 68 т пыли. Это связано с тем, что 1 га буковых насаждений развивает общую листовую поверхность, равную 75 га.

Задержке пыли способствует наличие на листьях деревьев и кустарников опушения. Если за вегетационный период тополь черный, растущий поблизости от цементного завода, способен осадить 44 кг пыли, тополь белый — 53, ива белая — 34, клен ясенелистный — 30 кг, то опушенные листья вяза мелколистного задерживают пыли значительно больше.

Пыль, оседающая на листьях и ветвях деревьев и кустарников, смывается затем осадками на землю. Это приводит к тому, что запыленность воздуха в городском парке снижается в летнее время на 42 % по сравнению с застроенными и неозеленными территориями, а в зимнее время до 37 %. Некоторые исследователи подчеркивают, что это свойство зеленых насаждений не может быть полностью заменено техническими усовершенствованиями производства. Дело в том, что даже самые совершенные пылеуловители пропускают в атмосферу около 3 % твердых частиц. В связи с этим роль зеленых насаждений в очистке воздуха городов от пыли чрезвычайно велика.

Учитывая это, градостроители совершенно правильно поступают, включая в современную городскую планировку существующие лесные массивы, которые по возможности расширяются за счет дополнительных лесопосадок. Они необходимы с социально-гигиенической точки зрения. Особое значение имеет озеленение территорий предприятий и разведение растений внутри помещений.

Органические вещества

Превращение предельных углеводородов. Газообразные предельные углеводороды усваиваются растениями через листья и через корни (например, проростки риса усваивают через корни метан). По данным С. В. Дурмишидзе (1977), меченый углерод метана включается в состав различных органических соединений клетки, а часть его выделяется в виде 14CO_2. В проростках кукурузы, побегах чая и тополя идентифицированы органические кислоты — муравьиная, яблочная, лимонная, янтарная, фумаровая, а также аминокислоты — лейцин, глутаминовая кислота, α-аланин и глицин. Исследователи предполагают, что окисление метана в растениях осуществляется по схеме: метан→метанол→формальдегид→муравьиная кислота→…→CO_2. Образующаяся при окислении метана муравьиная кислота может подвергаться в растениях дальнейшим превращениям до углекислого газа. Научно-технический прогресс в последние годы способствовал резкому повышению производительности труда шахтеров. Современное оборудование позволяет добывать из одного забоя до 2–5 тыс. т угля в сутки. Ученые работают над тем, чтобы обеспечить добычу 8—10 тыс. т.

Однако чем интенсивнее ведется добыча угля в шахте, тем быстрее в воздухе накапливается метан, представляющий большую опасность для шахтеров. На многих шахтах Донбасса, Кузбасса и Караганды на каждую тонну добытого угля высвобождается более 100 м^3 метана. Существующие методы уменьшения содержания этого газа в атмосфере шахт оказались малоэффективными. Исследователи пришли к выводу, что избавиться от метана могут помочь бактерии. Бактерии, усваивающие метан и разлагающие его до углекислого газа и воды, предполагается нагнетать через скважины внутрь пластов. Экспериментально была показана возможность активной жизнедеятельности потребляющих метан бактерий в пористой структуре угля. Применение этого метода позволит коренным образом улучшить условия труда шахтеров, сделать его более безопасным и продуктивным.

Этан, пропан, бутан, пентан усваиваются стерильными корнями и облиственными стеблями проростков кукурузы и фасоли. Особенно активны в усвоении и превращении этих соединений корни. Они более интенсивно осуществляют окисление низших алканов до углекислого газа, чем листья. Продукты превращения предельных углеводородов транспортируются в другие органы растений.

Растения отличаются между собой по способности усваивать низшие алканы. Например, листья чая более активно поглощают пентан, чем этан, а виноградная лоза и айва, напротив, более интенсивно усваивают этан.

Превращение ненасыщенных углеводородов. Удаление из природной среды этилена осуществляется почвенными микроорганизмами. Прямыми опытами показано, что стерильная почва этилена не поглощает. Окисление его осуществляют чистые культуры различных почвенных бактерий, в том числе микобактерий. Способность к окислению этилена сохраняется у бактерий даже при тех низких его концентрациях, которые наблюдаются в естественной обстановке.

Что касается высших растений, то здесь следует иметь в виду их способность продуцировать это вещество. В незначительных количествах этилен находится во всех растительных тканях. В них он играет роль ингибитора ростовых процессов.

Превращение спиртов, альдегидов, кетонов и кислот. Листья растений могут усваивать из атмосферы изопропиловый, изобутиловый, гексиловый, октиловый спирты, формальдегид, ацетальдегид, ацетон, муравьиную, уксусную, масляную, ацетоуксусную и капроновую кислоты. При этом они претерпевают химические превращения, в результате которых углерод этих соединений включается в состав органических кислот и аминокислот, транспортирующихся затем в корни растений. Однако состав органических кислот и аминокислот, в которые включается углерод, различен в зависимости от вида растения и внешних условий. В листьях базилика, например, 50 % радиоактивного углерода усвоенного ацетона включается в янтарную кислоту. В случае гексилового спирта содержание меченого углерода в янтарной кислоте доходит до 95 % всей радиоактивности органических кислот.

При усвоении корнями этанола радиоактивный углерод обнаруживается во фракции сахаров, органических кислот и аминокислот, равномерно распределяясь между ними. У тополя меченый углерод оказывается в основном в аминокислотах, меньше его в органических кислотах, а в сахарах он почти совсем отсутствует.

Обнаружение высокой радиоактивности фракции органических кислот позволяет заключить, что усвоенные листьями и корнями спирты, альдегиды, кетоны и кислоты включаются в метаболизм главным образом путем их аэробного окисления.

В листьях проростков кукурузы формальдегид окисляется до муравьиной кислоты, которая затем подвергается дальнейшим превращениям. Основным путем превращения муравьиной кислоты в листьях проростков кукурузы является окисление ее до углекислого газа. Интенсивность этого процесса резко стимулируется светом. В листьях пшеницы превращение этого соединения включается сразу же после начала опыта, причем большая часть радиоактивности оказывается в глутаминовой кислоте и серине.

Превращение ароматических углеводородов. Ароматические углеводороды и их производные относятся к числу широко распространенных загрязнителей окружающей среды. Бензол, толуол и ксилол, поступая в растения вместе с поливными водами, где их концентрация составляет 50 мг/л, включаются в процессы обмена веществ, в ходе которых подвергаются детоксикации. В зеленой массе кукурузы ароматические углеводороды обнаруживаются в течение 4–5 дней, в злаковых травах — 2–3 дней, в корнеплодах моркови — 5–6 дней после полива растений сточными водами. За это время они подвергались полной детоксикации. Обращает на себя внимание то обстоятельство, что в корнеплодах моркови процесс детоксикации ароматических соединений протекает наиболее медленно. По-видимому, это связано с тем, что в запасающих органах интенсивность обмена веществ сравнительно невысока. Наиболее быстро ароматические углеводороды обезвреживаются в злаковых травах. Важно отметить, что опытные растения по внешнему виду не отличались от контрольных. По сравнению с зелеными растениями в почве процессы детоксикации ароматических углеводородов протекают значительно медленнее.

Если спустя некоторое время после первого полива растения вновь подвергнуть воздействию поливных вод, то процессы обезвреживания в них ароматических углеводородов протекают значительно быстрее. Это обстоятельство позволяет предположить, что в процессах детоксикации участвует адаптационная ферментная система.

Весь комплекс проведенных исследований свидетельствует об активной роли зеленых растений в детоксикации органических веществ, поступающих на поля орошения.

Ученые установили, что пары бензола активно поглощаются листьями растений. Особенно интенсивно усваивают бензол клен полевой, лох узколистный, груша кавказская дикая, грецкий орех, миндаль обыкновенный, черешня, аморфа, вишня обыкновенная, каштан, яблоня, тополь канадский, сирень обыкновенная, катальпа и другие растения. Эти виды поглощают на 1 кг веса листьев миллиграммовое количество бензола в сутки.

Ряд растений (ольха бородатая, бобы конские, осина, берест, ясень, груша культурная, айва, хурма, очиток кавказский, лавр благородный, гледичия, фасоль, сосна, туя, абрикос, виноградная лоза) поглощает килограммом свежей листвы десятые доли миллиграмма бензола в сутки.

Наконец, третья группа растений (ель, шелковица, ляпа круглолистная, тростник обыкновенный, кукуруза, грабинник, слива, мушмула обыкновенная, алоэ, роза, платан, алыча дикая, кипарис пирамидальный, герань розовая, бирючина обыкновенная, гранат, рододендрон понтийский, виноград лесной, картофель, томаты, ива белая) поглощает на 1 кг свежих листьев несколько микрограммов бензола в сутки.

Бензол может поступать в растения не только из атмосферы, но и с поливными водами, из которых он усваивается корнями.

Первичным продуктом превращения бензола в растительном материале является фенол. Исследователи предполагают, что образующийся из бензола фенол подвергается гидроксилированию с образованием пирокатехина, который расщепляется с образованием муконовой кислоты. Таким образом, превращение бензола в растительном материале можно представить в виде следующей схемы:

Бензол → Фенол → Пирокатехин → Муконовая кислота →… → CO_2.

В результате β-окисления муконовой кислоты образуется сначала фумаровая кислота, а в дальнейшем и другие кислоты: янтарная, яблочная, гликолевая, малоновая, щавелевая. Среди аминокислот радиоактивная метка бензола оказывается главным образом в ароматических аминокислотах — фенилаланине и тирозине.

Главную роль в процессе окисления бензола в растениях играют медьсодержащие ферменты.

Согласно С. В. Дурмишидзе (1977), высшие растения способны поглощать и перерабатывать толуол. Этой способностью обладают как корни, усваивающие толуол из поливных вод, так и надземные части растений. Особенно интенсивно поглощают толуол клен, лох и некоторые другие растения.

Первичным продуктом расщепления ароматического кольца толуола являются органические кислоты: гликолевая, глиоксалевая, фумаровая, янтарная и яблочная. В составе аминокислот метка включается в основном в фенилаланин и тирозин.

Следует остановиться на превращении в растениях бензойной кислоты. В хлоропластах это соединение претерпевает глубокие окислительные превращения, которые включают гидроксилирование, декарбоксилирование и расщепление ароматического кольца вплоть до выделения углекислого газа. Одним из первичных продуктов окислительного превращения бензойной кислоты может быть фенол.

Фенол и его производные являются весьма распространенными наиболее токсичными загрязнителями окружающей среды. Они могут усваиваться растениями как через листья, так и через корни. Высокой фенолаккумулирующей способностью обладают шелковица белая, бузина красная, бирючина обыкновенная, сирень обыкновенная.

Как и бензол, фенол окисляется с расщеплением ароматического ядра с образованием муконовой кислоты (Дурмишидзе, 1977). Среди аминокислот метка включается в лейцин, α-аланин, метионин и валин. Растения детоксицируют экзогенный фенол и путем связывания пептидами. Введение в растительные ткани проростков гороха ионов меди и железа увеличивает скорость детоксикации экзогенных одноядерных фенолов. Соединения меди катализируют лишь первичные реакции детоксикации фенола и практически не влияют на дальнейшее окисление его скелета.

α-нафтол усваивается как корнями, так и листьями кукурузы, фасоли, базилика и других растений (Дурмишидзе, 1977). Основными продуктами окислительного превращения этого соединения являются органические кислоты: малоновая, фумаровая, янтарная, гликолевая и яблочная. Часть радиоактивного углерода α-нафтола оказывается в углекислом газе.

Превращение полициклических ароматических углеводородов. Полициклические ароматические углеводороды оказывают очень сильное воздействие на человека и широко распространены в окружающей среде. Наиболее активным из них является бенз(а)пирен (Шабад, 1973). Наряду с канцерогенной активностью полициклические ароматические углеводороды обладают хорошо выраженным мутагенным действием.

Бенз(а)пирен может переходить из воздуха в почву, из почвы в растения, а затем в корма сельскохозяйственных животных и в пищу человека. Микроорганизмы почвы обладают способностью разрушать бенз(а)пирен и превращать его в различные химические соединения. Кроме того, в детоксикации этого соединения участвуют и высшие растения. Морковь, редис и шпинат поглощают бенз(а)пирен тем интенсивнее, чем больше его в питательном растворе. Процесс поглощения зависит от химического состава и физических свойств субстрата. Растительные масла и детергенты, будучи растворителями ароматических полициклических углеводородов, снижают поступление бенз(а)пирена из кварцевого песка.

Стерильные растения кукурузы, фасоли, люцерны, райграса, нута, огурцов, тыквы, ежи сборной, вики усваивают бенз(а)пирен корнями и листьями, превращая его в различные соединения с открытой цепью (Дурмишидзе, 1977). Интенсивность метаболизации бенз(а)пирена определяется видом растения и колеблется в пределах 2—18 % от поглощенного растениями канцерогена. Высушивание растительной массы райграса под воздействием ультрафиолетового излучения способствовало снижению количества бенз(а)пирена в зеленой массе и накоплению его метаболитов. Продукты превращения бенз(а)пирена могут транспортироваться из корней в листья, а из листьев — к корням.

Радиоактивный углерод бенз(а)пирена обнаруживается в различных органических кислотах — фумаровой, малоновой, янтарной. Конечным продуктом распада молекулы этого канцерогена является углекислый газ. Чем меньше концентрация бенз(а)пирена в питательной среде, тем полнее распадается он до двуокиси углерода. В окислительном превращении бенз(а)пирена участвуют ферменты, содержащие в активном центре ионы меди, а в боковом — сульфгидрильную группировку. Наиболее интенсивно процесс окисления канцерогена осуществляется ферментными системами пластид и митохондрий.

В окружающей среде широко распространен и другой канцероген из группы полициклических ароматических углеводородов — бенз(а)антрацен. Структура этого соединения менее жестка по сравнению с бенз(а)пиреном. В растениях он подвергается различным превращениям вплоть до образования соединений с открытой цепью. Так, например, в стерильных условиях райграс и люцерна способны расщеплять его до конечного продукта — углекислого газа.

Радиоактивный углерод бенз(а)антрацена включается в состав низкомолекулярных и высокомолекулярных веществ. Среди органических кислот, в состав которых включается углерод бенз(а)антрацена, следует отметить фумаровую, янтарную, лимонную, гликолевую и щавелевую кислоты. Из аминокислот наиболее радиоактивными были α-аланин, лейцин, серин, валин, триптофан и фенилаланин.

Бензидин (4,4^1-диаминобифенил) усваивается проростками кукурузы и фасоли. Превращение бензидина в растениях происходит с расщеплением бифенильной структуры его молекулы (Дурмишидзе, 1977). Меченый углерод этого соединения обнаруживается в составе низкомолекулярных и высокомолекулярных соединений, а частично выделяется в виде углекислого газа. Среди органических кислот радиоактивный углерод обнаруживается в яблочной, фумаровой, малоновой, лимонной, гликолевой, глиоксалевой, щавелевой.

Превращение пестицидов. Д. И. Чкаников (1981) выделил три этапа превращения в растениях пестицидов и других ксенобиотиков.

1. Гидролиз, восстановление, окисление, гидроксилирование, галогенирование, дезалкилирование и иные химические превращения, в результате которых изменяется их активность.

Присутствие в растительных тканях разнообразных высокоактивных ферментных систем (эстераз, амидаз, гидролаз, фосфатаз и др.) служит основой гидролиза этих и других соединений.

2. Конъюгация ксенобиотиков и первичных продуктов их метаболизма с углеводами (обычно с глюкозой), аминокислотами и иными соединениями с последующей локализацией продуктов конъюгации в компартментах, где они не могут воздействовать на процессы обмена веществ (например, в вакуолях). Конъюгированию с различными аминокислотами подвергается, например, 2,4-дихлорфеноксиуксусная кислота и другие галоидфеноксикислоты. Симм-триазины могут конъюгировать с глутатионом.

3. Полимеризация и другие изменения метаболитов, ведущие к образованию нерастворимых продуктов.

Производные феноксиуксусной кислоты являются широко используемыми гербицидами в посевах культивируемых растений. Применение их создает опасность нежелательного накопления этих веществ. В кукурузе, горохе и фасоли наряду с превращениями, затрагивающими боковую цепь феноксиуксусной кислоты и 2,4-дихлорфеноксиуксусной кислоты, осуществляется и деградация ароматического кольца. В результате декарбоксилирования значительная часть углерода из боковой цепи отщепляется и выделяется в виде углекислого газа, а также включается в нормальный обмен веществ с образованием крахмала, белков и нуклеиновых кислот.

Ароматическое кольцо феноксиуксуспых кислот подвергается расщеплению, причем радиоактивная метка оказывается в составе органических кислот: муконовой, фумаровой, янтарной, яблочной, гликолевой и лимонной.

Мутагены. Предотвратить нарушения генетического аппарата, вызванные мутагенными веществами, позволяют некоторые витамины, в частности витамины Е, С и провитамин А (каротин). В растениях присутствуют и другие вещества, противодействующие мутагенам. Это было установлено путем исследования антимутагенной активности гомогенатов растительных тканей. Оказалось, что опасное действие мутагена Trp-Р лучше всего нейтрализуется гомогенатами кочанной капусты, брокколи, баклажанов, лука-шалота, имбиря, ананаса, листьев мяты. Несколько слабее, но достаточно эффективно действуют гомогенаты редиса, батата, винограда, цветной капусты и некоторых других растений. Самый широкий спектр действия оказался у баклажана, лопуха и брокколи. Они инактивировали целый ряд мутагенов. Интересно отметить, что при кипячении гомогенатов происходит потеря ими антимутагенной активности. Это позволяет предположить, что обезвреживание мутагенов происходит в результате реакций обмена веществ протекающих при участии ферментов.

Радиоактивность

Лес способствует очистке атмосферы от радиоактивного загрязнения. Ученые установили, что листья и хвоя деревьев захватывают до 50 % радиоактивной пыли, защищая посевы от радиоактивного загрязнения. Перехватывать содержащиеся в воздухе радиоактивные аэрозоли, снижая плотность загрязнения полей и пастбищ, могут полезащитные полосы. После сильного кратковременного облучения полосы леса радиоактивность наветренной стороны была в 32 раза больше по сравнению с подветренной. Радиоактивные элементы не только механически задерживаются растениями, но и усваиваются ими. Это обстоятельство должно учитываться при выборе мест для строительства атомных электростанций. Их следует размещать в окружении больших лесных массивов, с тем чтобы обеспечить максимально возможную защиту населения о радиоактивного излучения.

Если по каким-либо причинам заражение почвенно-растительного покрова местности радиоактивными веществами превышает допустимые нормы, ученые рекомендуют использовать загрязненные земли под лесопосадки. К моменту спелости леса, наступающей обычно через 80—100 лет после его посадки, содержание радиоактивных веществ в почве и деловой древесине в результате радиоактивного распада и других процессов самоочищения почв снизится настолько, что почвы после вырубки леса могут быть вновь использованы в качестве сельскохозяйственных угодий. Но дело не только в этом. Вынос радиоактивных веществ с территорий, не занятых лесом, значительно выше, нежели с облесенных площадей. Лес надежно препятствует расширению зоны радиоактивного заражения. В связи с этим в настоящее время специалисты изучают возможность облесения территорий, где захоронены радиоактивные отходы, а также ураносодержащих отвалов.

Какие же породы деревьев могут быть использованы для этих целей? Едва ли целесообразно высаживать в местах повышенной радиоактивности хвойные растения, поскольку среди наземных экологических систем они обладают наименьшей устойчивостью к радиоактивному излучению.

Проводя озеленительные работы в местах радиоактивных заражений, следует учитывать и другое. Получая радиоактивные элементы из почвы или вместе с радиоактивной пылью, растения накапливают их и служат источником попадания в пищевые цепи экологических систем. Так, например, установлено, что даже в очень удаленных от ядерных взрывов местах радиоактивность растений возрастает в десятки и даже сотни раз. Вполне естественно, что концентрация радиоактивных элементов в поедающих их животных также увеличивается. Некоторые растения, например, брусника, накапливают большое количество радиоактивного стронция, единственным источником которого является вода. Дубы могут концентрировать рутений-106 в листьях, побегах и коре, даже находясь на очень большом расстоянии от места его локализации.

Растения очищают гидросферу

Растения очищают не только воздух, но и воду. При сравнительно небольшом загрязнении водоемы обладают способностью к самоочищению. Под самоочищением понимают совокупность всех процессов, направленных на восстановление первоначального химического состава и свойств воды. Так, например, сразу же у выходного отверстия городских коллекторов обычно довольно высокие концентрации нечистот, однако через несколько километров ниже их сброса вода бывает довольно чистой. Самоочищение представляет собой сложное явление, в котором можно выделить ряд процессов: физических, химических и биологических.

Среди физических факторов, способствующих самоочищению водоемов, первостепенное значение имеет разбавление, растворение и перемешивание поступающих в водоемы загрязнителей. Химические факторы самоочищения — окисление органических и неорганических веществ. Одним из важнейших компонентов самоочищения является использование веществ, загрязняющих воду, живыми организмами (бактериями, водорослями, плесневыми и дрожжевыми грибами и т. п.). Этот процесс составляет основу так называемого биологического самоочищения. Биологическое самоочищение включает ряд последовательных этапов:

1) использование веществ сточных вод гетеротрофными микроорганизмами;

2) рост и размножение зоопланктона и зообентоса за счет бактерий, взвешенного и растворенного органического вещества;

3) развитие водорослей и стимулирование процесса фотосинтетической аэрации;

4) развитие высшей водной растительности.

Высшая водная растительность, препятствуя процессу антропогенного евтрофирования, способствует ликвидации последствий загрязнения водоемов (Синельников, 1978).

Одним из наиболее активных поглотителей вредных веществ являются бактерии. Некоторые из них окисляют органические вещества в присутствии кислорода, другие осуществляют их распад в анаэробных условиях. Весьма важно, чтобы процесс распада органических веществ осуществлялся в аэробных условиях. В отсутствие кислорода органические вещества разлагаются анаэробными микроорганизмами с образованием вредных веществ типа сероводорода, аминов, метана.

Жизнедеятельность микроорганизмов, участвующих в самоочищении водоемов, зависит от температуры. Неудивительно, что в умеренной климатической зоне самоочищение реки происходит на участке 200–300 км, a на Крайнем Севере — до 2000 км.

Другим условием успешного протекания процесса самоочищения воды является присутствие в воде вредных примесей в слабой концентрации. При наличии большого количества ядовитых соединений происходит гибель всех организмов, в том числе и участвующих в самоочищении воды.

На способности бактерий обезвреживать вредные примеси основано их использование для биологической очистки сточных вод при помощи аэробных биохимических процессов. Биологическая очистка сточных вод в естественных условиях часто осуществляется на специальных подготовленных участках земли — нолях орошения или полях фильтрации. На полях орошения одновременно с очисткой вод выращивают кормовые сельскохозяйственные культуры или травы (обычно это костер безостый, овсяница луговая, тимофеевка луговая, клевер белый).

Первые поля орошения для очистки бытовых сточных вод появились в XVIII в. в Великобритании под Эдинбургом, а затем в Ашбертоне и Девоне. В 1857 г. в Лондоне была создана специальная комиссия, которая после изучения вопроса о способах очистки сточных вод пришла к заключению, что сбрасывать их в реки, даже очищенными, опасно. Лучше всего орошать сточными водами земледельческие угодья. В почве произойдет очищение воды, и водоемы окажутся чистыми.

В России первые поля орошения появились сначала в Одессе в 1887 г., затем в Киеве (1894 г.) и, наконец, в Москве (1898 г.).

В конце XIX в. стоки использовались для орошения в Германии, Франции, США, Австралии, Южной Африке, Индии.

Поля орошения существуют и в настоящее время. Однако широкого распространения орошение стоками не получило. Этот метод очистки сточных вод до сих пор изучен недостаточно. Между тем состав сточных вод непостоянен и не везде одинаков. Даже в одном и том же населенном пункте он меняется с течением времени. Кроме того, многие опасаются, что орошение сточными водами приведет к накоплению вредных веществ в продуктах питания, будет способствовать распространению инфекционных заболеваний.

В последние годы интерес к очистке воды путем орошения резко повысился. Это связано главным образом с нехваткой воды. Очистка сточных вод путем орошения привлекает к себе тем, что содержащиеся в них питательные вещества (азот, фосфор, микроэлементы) будут использоваться растениями. Кроме того, удастся получить на орошаемых землях гарантированные высокие урожаи. В экспериментах, проведенных в ГДР и ПНР, в результате орошения полей сточными водами урожай кормовых культур и трав значительно увеличился. Расчеты и практический опыт показывают, что уже за 3–4 года окупаются затраты на создание систем орошения сточными водами и хозяйства начинают получать прибыль. Наконец, очень важным представляется и то, что будет исключена опасность загрязнения водоемов этими стоками. Напомним, что это был один из основных аргументов специальной английской комиссии по изучению способов очистки сточных вод, которая работала еще в середине прошлого столетия.

В 1973 г. в пос. Купавна под Москвой был создан Всесоюзный научно-исследовательский институт по сельскохозяйственному использованию сточных вод. Исследования, проведенные в этом институте, позволили установить, что на поля можно направлять стоки от предприятий пищевой промышленности (сахарных, пивоваренных, дрожжевых заводов), а также некоторых текстильных фабрик. Токсикологические анализы на лабораторных животных показали, что на поле, орошаемом сточными водами тонкосуконной фабрики, вырастают вполне доброкачественные корма. Необходимо лишь соблюдать определенные санитарно-гигиенические требования (например, косить траву не раньше, чем через две недели после прекращения полива). Из скошенных трав можно готовить витаминизированную травяную муку.

В связи со строительством крупных животноводческих комплексов остро встал вопрос, куда девать так называемые «навозсодержащие стоки», образующиеся в громадных количествах. Для их хранения созданы специальные резервуары, возведены дамбы. Однако это едва ли лучший способ их употребления. Дело в том, что в случае разрушения дамб «навозсодержащие стоки» оказываются в водоемах, вызывая сильное загрязнение окружающей среды, массовую гибель рыбы и других водных организмов. Между тем «навозсодержащие стоки» содержат ценные вещества, необходимые для роста растений. В Белгородской области стоки от животноводческих комплексов стали использовать для полива земледельческих полей орошения. На орошаемых полях кормовые травы, свекла и кукуруза дают урожай в 2–3 раза больший, чем на богарных землях. Кроме того, сократился расход на орошение чистой воды, а также минеральных удобрений.

На отведенных для полей фильтрации и орошения участках создается оросительная сеть каналов, по которым подаются сточные воды. Очистка от загрязнений происходит в процессе фильтрации вод через почву. Слой почвы в 80 см обеспечивает достаточно надежную очистку.

В Польше, ГДР и ФРГ бытовые сточные воды используются для орошения полей, лугов и лесов.

Кроме полей орошения для очистки сточных вод в естественных условиях используют биологические пруды. Они представляют собой неглубокие земляные резервуары, в которых происходят те же процессы, что и при самоочищении водоемов. Обычно биологические пруды располагаются сериями на разных уровнях, благодаря чему вода из верхнего пруда самотеком направляется в нижерасположенные.

В процессе самоочищения водоемов большое значение придается одноклеточным водорослям, которые обладают антибактериальными свойствами и способны к детоксикации вредных органических и неорганических веществ. В связи с этим внесение в пруды определенных водорослей интенсифицирует процесс очистки воды от органических загрязнителей, улучшает их кислородный режим, уменьшает численность сапрофитных микроорганизмов.

Биологическая очистка сточных вод в искусственных условиях проводится в специальных сооружениях — биофильтрах или аэротенках. Биофильтрами называются сооружения, в которых биологическая очистка сточных вод осуществляется путем их фильтрации через слой крупнозернистого материала. Поверхность зерен покрывается биологической пленкой, заселенной аэробными микроорганизмами. В биофильтрах процесс очистки сточных вод протекает значительно интенсивнее, чем на полях орошения или полях фильтрации.

Аэротенки представляют собой железобетонные резервуары, через которые медленно протекают подвергающиеся интенсивной аэрации сточные воды, смешанные с активным илом, заселенным аэробными микроорганизмами. Интенсивность очистки воды в аэротенках в сотни раз выше, чем в природе при самоочищении.

В очистке вод важное значение имеют не только микроорганизмы, но и обитающие в водоемах высшие растения. Они поглощают растворенные в воде соли, ассимилируют накапливающийся в результате разложения органики углекислый газ и, что не менее важно, продуцируют кислород, необходимый для дыхания растений, животных и микроорганизмов.

Из нескольких видов водного гиацинта наиболее известным является Eichhornia crassipes, родина которого — Бразилия. Благодаря своим привлекательным цветкам, это растение при помощи человека в конце прошлого века распространилось в водах Флориды, Техаса, Луизианы, Миссисипи и других штатов США. В дальнейшем водный гиацинт появился в Мексике, Бирме, Австралии, Индонезии, Индии, Шри-Ланке. Завоевал он позиции и в водоемах Африки. Это растение представляет собой пучок курчавых ярко-зеленых листьев, собранных в круглую розетку. У каждого листа имеется пузыревидный черешок, удерживающий лист на поверхности воды. Цветет эйхорния великолепными цветками с голубыми или бледно-фиолетовыми лепестками. Несмотря на это эйхорния пользуется очень плохой славой, так как, поселившись в водоеме, она быстро размножается и забивает каналы, мелиоративные сооружения и речные русла, мешая судоходству и рыболовству. Иначе говоря, это злостный сорняк водоемов.

Процесс размножения водного гиацинта осуществляется так быстро, что при благоприятных условиях он может в течение 10 месяцев «обжить» площадь водоема, превышающую 4 тыс. м^2. Только в одном штате Луизиана сумма потерь, связанных с обитанием в водоемах эйхорнии, составляет ежегодно около 38 млн долларов.

Между тем было отмечено, что там, где растет эйхорния, вода всегда бывает очень чистой. Ученые установили, что она очень интенсивно поглощает из воды многие вредные вещества (инсектициды, фенолы, соединения тяжелых металлов: ртути, свинца, кадмия). В США создали специальную оранжерею с площадью водоема в 0,6 га. В этот водоем стали подавать предварительно обработанные озоном сточные воды. Циркулируя среди зарослей эйхорнии, вода за пять дней освобождалась от токсических примесей. Стоимость очистки воды с помощью эйхорнии оказалась в два раза ниже по сравнению с обычной. Если будут найдены способы регулирования размножения этого растения, то, возможно, его удастся использовать для очистки особо загрязненных открытых водоемов.

Эйхорния — теплолюбивое растение. По этой причине она не может быть использована для очистки водоемов в средних и северных широтах. С этой целью в нашей стране, а также в некоторых других странах в последние годы стали употреблять хорошо известные всем тростник, камыш, рогоз, образующие мощные, устойчивые сообщества. Проходя через заросли этих растений, сточные воды в значительной степени освобождаются от балластных и токсических веществ. У рогоза этому способствует строение корневой системы, отходящей от горизонтально ориентированного корневища вверх и вниз. Первые разветвляются в воде, а вторые пронизывают дно водоема. Благодаря этому рогоз успешно очищает от загрязнений воду и дно.

В настоящее время указанные растения используются в Донбассе для очистки шахтных вод. При этом стоки поступают в водоемы шахтного отлива, занимающие большие пространства. Наиболее распространенными макрофитами здесь являются тростник обыкновенный, камыш озерный, рогоз узколистный, широколистный и Лаксмана, а также некоторые другие растения. Сформировавшиеся в прудах-накопителях растительные сообщества снижают содержание взвешенных частиц на 90 %, а количество солей — на 25–30 %.

Отмеченные выше растения нашли применение не только в Донбассе, но и в других местах. Специальные ботанические площадки для очистки шахтных вод с помощью растений созданы в Подмосковном угольном бассейне (Новомосковск). А в г. Волжском Волгоградской области стали пропускать по специальным каналам, засаженным водными макрофитами, стоки химических предприятий.

Эксперименты подобного рода проводятся и в других странах. Выше мы отмечали сильную загрязненность вод Рейна. Когда рейнскую воду пропустили через 800-метровый канал, засаженный камышом, то на выходе был получен чистый поток.

Следует заметить, что воду очищают не только те растения, которые непосредственно произрастают в воде. Оказалось, что лес надежно предохраняет воду наземных источников от загрязнения вредными веществами. Мутность водного потока после прохождения через лесную полосу шириной 30 м уменьшилась в 100–150 раз. С уничтожением леса на водосборах и в прибрежной зоне загрязненность воды в реке увеличивается в 8—10 раз.

С развитием промышленности, ростом городов и повышением уровня их благоустройства объем сточных вод и, следовательно, осадка, получаемого при их очистке, с каждым годом возрастает. В связи с этим возникла проблема утилизации этого продукта цивилизации. Ведь скопление большого количества осадков затрудняет работу очистных сооружений и создает угрозу вторичного загрязнения окружающей среды. Ученые пришли к заключению, что получаемый при очистке стоков осадок целесообразно использовать в качестве удобрений сельскохозяйственных культур, так как он содержит в своем составе значительное количество органических веществ и питательных элементов (Покровская, Гладкова, 1977). Особенно эффективно его использование на бедных почвах, а также на участках, нарушенных добычей полезных ископаемых. Таким образом, растения и в этом отношении играют важную роль.

Органические вещества

Загрязнение водоемов органическими веществами представляет собой крайне неприятное явление, поскольку ведет к истощению запасов водного кислорода, расходующегося на окисление органики. Благодаря фотосинтезу населяющих водоемы растений в водную среду поступает свободный кислород, ускоряющий процессы окисления органических веществ. Но дело не только в этом. Обитатели водоемов обладают способностью непосредственно поглощать органические вещества и разрушать их. В качестве примера рассмотрим превращение ими фенола, одного из наиболее часто встречающихся и опасных загрязнителей водоемов.

Уже давно известно, что некоторые микроорганизмы, например бактерии из рода Pseudomonas, осуществляют окисление фенолов. Это обстоятельство широко используется для очистки от фенольных загрязнений промышленных и бытовых стоков самого разнообразного происхождения. Фенол активно поглощается из воды водными растениями. Если воду с растворенным в ней фенолом пропустить через «сито» из тростника, то содержание фенола в ней значительно уменьшится. За 8 дней тростник удаляет из каждого литра воды 10 мг фенола. Камыш также обладает способностью очищать воду от этого загрязнителя. 300 г биомассы камыша освобождают от фенола 5 л раствора концентрации 10 мг/л за 4 дня, 40 мг/л — за 12 дней, 100 мг/л — за 29 дней. В настоящее время сооружаются водоемы, в которых будут высажены тростник и камыш для очистки воды от фенола.

Фенол не только поглощается из воды растениями, но и подвергается детоксикации. Некоторая часть этого соединения, не включенная растениями в обмен веществ, выделяется в атмосферу через устьица.

Помимо фенола водные растения поглощают и обезвреживают и другие органические вещества, присутствующие в воде: индол, ксилол, пирокатехин, резорцин, пиридин. Особо следует остановиться на роли растений в освобождении водной среды от нефти и нефтепродуктов.

Наличие на поверхности воды пленки нефти резко снижает способность водоемов к самоочищению, поскольку эта пленка препятствует поступлению в воду атмосферного кислорода. В этом случае в водоеме создаются анаэробные условия, которые иногда способствуют еще большему повышению содержания в воде вредных веществ.

Разрушение нефти в водоеме происходит в результате самоочищения воды с помощью микроорганизмов. Там, где вода загрязнена нефтью, всегда обнаруживаются микроорганизмы, окисляющие керосин, соляровое масло, парафин и нафталин. Исследования, проведенные Арктической экспедицией МГУ в 1974 г., показали наличие нефтеокисляющей микрофлоры во всех пробах воды, взятых на трассе Северного морского пути. Количество нефтеокисляющих бактерий в поверхностном слое морской воды довольно велико и составляет 1500–7000 клеток в 1 мл. С увеличением глубины содержание микроорганизмов падало. Исследователи выделили большое количество чистых культур нефтеокисляющих микроорганизмов. Они хорошо росли на средах, содержащих в качестве единственного органического вещества дизельное топливо или сырую нефть. Микроорганизмы, окисляющие нефть, выделены также из воды и грунтов Каспийского моря, из вод р. Енисея.

Высшие растения также принимают участие в очищении водоемов от нефти. Установлено, что при концентрации нефти 1 г/л пленка на поверхности воды исчезала в присутствии высших растений через 5—10 дней, тогда как без них — через 28–32 дня. Наиболее устойчивы к нефтяному загрязнению тростник, рогоз узколистный и камыш озерный. Причем прирост растений в высоту в присутствии нефти был на 10–15 см больше, чем в варианте без нефти (Кроткевич, 1982).

Тростник обыкновенный хорошо поглощает из воды ДДТ. Правда, при концентрации 2 мг/л этот пестицид подавляет процесс фотосинтеза на 30–36 %. Еще более сильное ингибирующее влияние оказывает на процесс фотосинтеза тростника гексахлоран. Он ослаблял интенсивность этого процесса на 47 %.

В США проведены эксперименты по очистке водоемов от гербицидов. Для этой цели использовались водяной гиацинт, уруть, рдест, а также зеленые водоросли.

Попадание пестицидов в водоемы происходит, в частности, в результате смыва их с полей осадками. Оказалось, что лесные насаждения, расположенные по берегам водоемов, интенсивно поглощают из поверхностных стоков эти вещества. Наилучшими показателями в этом отношении характеризуются сосновый и кленово-липовый лес.

Пятидесятиметровая полоса такого леса значительно снижает содержание в поверхностных стоках гексахлорциклогексана и хлорофоса.

Канцерогены

Одним из элементов естественной деградации канцерогенных полициклических ароматических углеводородов является их превращение с помощью живых организмов. В частности, в их разрушении участвуют микроорганизмы почвы и водоемов. Интенсивность и характер разложения бенз(а)пирена зависит от вида используемых для этой цели бактерий, а также от степени загрязненности почвы и воды данным канцерогеном.

Аналогичные превращения происходят с этим соединением в сточных водах нефтеперерабатывающих заводов, тепловых электростанций и в бытовых стоках. В этих условиях действуют те же культуры бактерий. Процесс может быть интенсифицирован при использовании культур, обладающих наибольшей активностью при очищении от канцерогенов почвы.

Удобрения

Одним из загрязнителей водоемов, как мы уже отмечали, являются удобрения. Крупные макрофиты (тростник, рогоз, камыш, аир, ежеголовник и др.) способны извлекать из воды в больших количествах биогенные элементы — азот, фосфор, калий, кальций, серу, железо и тем самым предупреждать и снижать степень евтрофикации водоемов. Например, густые заросли тростника, по данным П. Г. Кроткевича (1982), могут аккумулировать в урожае биомассы на 1 га до 6 т различных минеральных веществ, в том числе калия — 859, азота — 167, фосфора — 122, натрия — 451, серы — 277 и кремния — 3672 кг. К концу вегетации азот, фосфор, калий и другие элементы частично мигрируют из надземных в подземные органы растений, где они аккумулируются. Накопление биогенных элементов в подземных корневищах имеет важное значение в очищении воды от этих загрязнителей.

Тростник обыкновенный, рогоз узколистный и широколистный интенсивно поглощают как нитратный, так и аммонийный азот. Таким образом, заросли тростника и других макрофитов обладают способностью к деминерализации воды, что имеет очень важное значение для человека.

Огромное количество питательных веществ содержат стоки животноводческих помещений. В 1975 г. стоки от всех крупных животноводческих ферм страны содержали 2,2 млн т азота, 1 млн т фосфора, 2 млн т калия.

Ученые Кишиневского университета пришли к заключению, что многие водные растения способны обеззараживать стоки животноводческих ферм. Предварительно разбавив чистой водой пруды, они поселили в них ряску и роголистник. Эти растения активно поглощали из воды соединения азота и фосфора, являющиеся основными загрязнителями стоков животноводческих помещений. Очищенная таким образом вода используется затем для орошения полей.

В опытах П. Г. Кроткевича (1982) показано, что в 1 л исходной сточной жидкости животноводческого комплекса крупного рогатого скота содержится 1634 мг различных минеральных солей, а в односуточном фильтрате из сосуда с растениями ириса ложноаирового — 766 мг/л, т. е. растения изъяли 54 % солей. В сосуде с растениями рогоза узколистного из такого же раствора было поглощено 37 % солей. Растения интенсивно усваивали хлориды, сульфаты. В процессе удаления избытка азота и фосфора важная роль принадлежит фитопланктону. Однако усиленное размножение водорослей, сопровождаемое их отмиранием, может привести к вторичному загрязнению водоемов. В связи с этим следует обратить внимание на роль высших растений в очистке водоемов от солей. Сусак, например, способен накапливать 7,52 мг фосфора на 1 кг сухой массы. К тому же массовое развитие в водоемах высших растений снижает «цветение» водоемов или вообще его предотвращает. Эти растения очень удобны для очистки водоемов еще и по той причине, что их легко собирать и удалять.

Следует, однако, иметь в виду, что несмотря на перетекание к осени элементов минерального питания в корневища, значительная их доля остается в надземной части. Если растения оставить в водоеме, то содержащиеся в надземной части вещества в результате микробного разложения тканей и выщелачивания вновь окажутся в водоеме, произойдет его вторичное загрязнение. В связи с этим ученые рекомендуют всю надземную массу высших водных растений удалять до начала оттока питательных веществ в подземные органы.

Важное значение в очистке поверхностных стоков от удобрений имеет лесная растительность. После пропускания воды, обогащенной азотсодержащими соединениями, через пятиметровую площадку в березовом насаждении количество аммонийного азота уменьшилось в среднем на 0,9 мг/л, а нитратного азота — на 0,4 мг/л. После же пропускания такой воды по десятиметровой площадке содержание этих компонентов уменьшилось еще более сильно. Пятиметровая площадка соснового насаждения сокращает содержание аммонийного азота на 2,7 мг/л, а нитратного несколько больше. Лесная растительность вызывает также значительное уменьшение содержания в воде фосфатов.

Тяжелые металлы

Как уже отмечалось, большую опасность для живых организмов представляет накопление в окружающей среде тяжелых металлов. Оказалось, что некоторые микроорганизмы могут обезвреживать эти вещества. Так, например, со сточными водами предприятий химической, металлургической, электрохимической, кожевенной, текстильной и других отраслей промышленности в водоемы могут поступать соли хромовых кислот — хроматы и бихроматы. Они губительно воздействуют на все живые организмы, в том числе и на бактерий. Существующие способы обеззараживания сточных вод от хрома: химический, электрокоагуляционный, ионообменный основаны на переводе хрома из шестивалентного в трехвалентное состояние, в результате чего получается нерастворимая, выпадающая в осадок гидроокись хрома. Эти способы требуют дорогостоящего оборудования, больших капитальных затрат и сложны в эксплуатации.

После длительных поисков ученым удалось найти такие микроорганизмы, которые обладают способностью к жизнедеятельности в растворах, содержащих высокие концентрации хрома, причем они не только сохраняют жизнеспособность, но и способны переводить хром из шестивалентного в трехвалентное состояние. Бактерии, названные в честь их первооткрывателя В. И. Романенко «дехроматиканс Романенко», переводят хром в трехвалентное состояние, вызывают выпадение его в осадок в виде гидроокиси. Так происходит освобождение сточных вод от ионов хрома.

Указанные бактерии были использованы для очистки промышленных вод гальванического цеха запорожского завода «Коммунар». В 1 л этих вод содержится 80 мг шестивалентного хрома. Проходя через активированный ил, населенный бактериями, этот раствор всего за полчаса полностью очищается от хрома. За 1 ч установка, действующая на заводе «Коммунар», обеспечивает очистку 50 м^3 воды, содержащей хром. Капитальные затраты на внедрение биохимической очистки сточных вод в 3–5 раз меньше, чем при использовании химического метода, а эксплуатационные расходы — в 7 раз. Новый метод очистки сточных вод от хрома вызвал большой интерес у специалистов.

В связи с токсичностью мышьяка ученые исследовали его метаболизм в ряде растительных организмов. Оказалось, что морские водоросли обладают способностью детоксицировать арсенаты путем образования органических производных о-фосфатидилтриметиларсониумлактата.

Очень успешно извлекает из воды тяжелые металлы мох тортула пустынная (Torlula desertorum), широко распространенный в Таджикистане.

Избавиться от тяжелых металлов, содержащихся в воде, помогают и цветковые растения. Так, например, упоминавшийся выше водный гиацинт очень энергично поглощает из воды ионы свинца, кадмия, никеля, серебра, ртути и других металлов. Пропитанные этими веществами растения эйхорнии предполагается даже использовать для получения ценных металлов.

Установлено, что камыш, водяной орех, рдест красный активно извлекают из воды марганец, а ряска — медь и бор. Содержание марганца в различных видах макрофитов составляет в среднем 485 мг/кг воздушно-сухой массы. В отдельных видах растений наблюдается отклонение от этого среднего значения в пределах от 66 до 2900 мг (Кроткевич, 1982). Полностью погруженные в воду растения содержат в 2–3 раза больше марганца, чем полуводные и надводные.

Особой устойчивостью к солям тяжелых металлов обладает тростник обыкновенный. В условиях аквариума он способен выносить без существенного для себя вреда растворы медного купороса, азотнокислой ртути, азотнокислого хрома и сернокислого цинка в концентрации от 100 до 300 мг/л. Растение успешно противостоит солям свинца. Оно росло при концентрации азотнокислого свинца, равной 2 г/л. Тростник обладает способностью извлекать из воды и накапливать в своих тканях более 20 химических элементов.

* * *

Приведенные выше материалы свидетельствуют о важной роли растений в очистке воды от вредных примесей. В настоящее время стоит вопрос о селекции специфических форм растений — деструкторов различных видов загрязнителей водоемов. Микроорганизмы и высшие растения поддерживают гомеостаз многих факторов в биосфере, что обеспечивает ее нормальное функционирование в современных условиях.

Глава 4. Устойчивость растений к фитотоксикантам

Естественная устойчивость

Некоторые растения слабо повреждаются в результате действия вредных примесей атмосферы. Такие растения представляют большой интерес по крайней мере в двух отношениях. Во-первых, эти растения могут быть широко использованы для озеленения территорий, более или менее постоянно подвергающихся воздействию ядовитых веществ. Во-вторых, эти растения весьма ценны для выяснения механизмов резистентности. Знание же механизмов резистентности открывает пути для селекции форм и сортов полезных растений, не повреждаемых вредными веществами.

Под устойчивостью растений к вредным примесям среды обитания следует понимать их способность противостоять действию ядовитых веществ, сохраняя декоративные качества и нормальную продуктивность. К таким растениям относится ряд видов, отмеченных ниже. Следует, однако, иметь в виду, что сведения относительно устойчивости того или иного растения часто противоречивы. В одних условиях растение может быть устойчивым, в других — более или менее повреждаемым. Сильное влияние на устойчивость растений к загрязнителям атмосферы и гидросферы оказывают климатические параметры.

Некоторые исследователи полагают, что растения в процессе эволюции не выработали каких-либо специфических защитных приспособлений к интенсивному загрязнению окружающей среды. Различную чувствительность

растений к газообразным токсикантам они объясняют неоднозначными преадаптационными возможностями отдельных видов, выработанными ранее к другим неблагоприятным факторам среды. Это утверждение справедливо в том отношении, что в современную эпоху происходит загрязнение природной среды чрезвычайно широким спектром химических веществ, со многими из которых растения раньше не сталкивались. Справедливо и то, что некоторые свойства растений определяют их устойчивость не к одному, а к нескольким неблагоприятным факторам среды, что нашло отражение в представлениях о существовании комплексной устойчивости. Вместе с тем следует отметить, что основные загрязнители окружающей среды существовали и в эпоху, предшествующую появлению человека. Рассмотрим несколько примеров.

Сернистый газ поступает в природную среду отнюдь не только в результате человеческой деятельности, но и в ходе вулканических процессов. По подсчетам ученых, вулканы привносят в атмосферу Земли 2–4 млн т двуокиси серы. Это сравнительно немного по отношению к масштабам поступления этого токсиканта в результате человеческой деятельности. Следует, однако, исходить из того, что масштабы вулканической деятельности в прошлые геологические эпохи были иными, в результате чего растения сталкивались, по-видимому, с высокими концентрациями этого соединения.

Сероводород оказывается в природной среде главным образом в силу жизнедеятельности микроорганизмов (сульфатредуцирующих, осуществляющих разложение серосодержащих белков).

Озон появился в атмосфере Земли после того, как первичные автотрофные организмы образовали заметное количество кислорода. Он возник в результате воздействия на кислород жесткого ультрафиолетового излучения.

Окислы азота образуются в ходе восстановления нитратов, процесса, который осуществляет множество растений и микроорганизмов.

Аммиак в огромных количествах синтезируется в почве в результате аммонификации белков и мочевины.

До недавнего времени окись углерода считалась чисто техногенным продуктом. Допускалось, что некоторое количество угарного газа поступает в атмосферу в результате вулканической деятельности и лесных пожаров. Однако в начале 70-х годов было установлено, что существует природный источник окиси углерода, мощность которого довольно значительна. Этот источник пока неясен. Есть данные, указывающие на то, что СО образуется при фотосинтезе в самых различных условиях: в хвойных лесах, при подледном развитии фитопланктона, при культивировании хлореллы и т. д. Другие исследователи полагают, что СО образуется в почве анаэробными микроорганизмами. Некоторое количество СО накапливается в морской воде в результате разложения на свету остатков водорослей и планктона и распада порфириновых пигментов растений: вспышка синтеза угарного газа отмечена во время интенсивного опадения листьев.

Существуют природные источники углеводородов. Метан синтезируется метанобразующими бактериями из углекислого газа и водорода или ацетата. Этилен образуется аэробными грибами, анаэробными микроорганизмами, созревающими плодами, а в незначительных количествах всеми зелеными растениями.

Источником нитрозаминов, оказывающих мутагенное, канцерогенное и тератогенное действие на живые организмы, являются микроорганизмы, которые образуют их как при неполном восстановлении нитратов, так и при нитрификации, останавливающейся на первой фазе вследствие избытка в среде аммония.

Мощный нейротоксин метилртуть является результатом деятельности анаэробных бактерий. Диметиларсин, образующийся в анаэробных условиях под действием грибов, по токсичности не уступает цианидам. Впрочем, синильная кислота сама может синтезироваться микроорганизмами.

С тяжелыми металлами растения широко сталкиваются в местах выхода на поверхность полиметаллических руд.

Изложенного выше достаточно, для того чтобы убедиться в возможности воздействия основных загрязнителей природной среды на растения в сравнительно низких фоновых концентрациях еще задолго до появления человека. В связи с этим у растений могли возникнуть приспособления, повышающие их устойчивость к фитотоксикантам.

Хвойные деревья сильнее повреждаются фитотоксикантами, чем лиственные, которые в результате сбрасывания листвы предохраняют себя от накапливающихся вредных веществ. По этой причине листопадные растения более устойчивы но сравнению с вечнозелеными. Вечнозеленые растения наиболее чувствительны к окислам азота (жимолость вечнозеленая), аммиаку (плющ, традесканция гвианская) и сернистому газу (бересклет японский, традесканция гвианская).

Хотя хвойные породы и являются менее устойчивыми по отношению к фитотоксикантам, однако среди этой группы имеются существенные различия. По чувствительности к сернистому газу хвойные можно расположить в следующем порядке по мере повышения газоустойчивости: лиственница сибирская, сосна обыкновенная, ель обыкновенная. Однако и среди лиственниц наблюдается неодинаковое отношение к двуокиси серы. Наиболее устойчива к ней лиственница японская. Исследователи связывают это с тем, что указанное растение произрастает вблизи вулканов, выбрасывающих вредные газы, в том числе и двуокись серы. В опытах, проведенных в ГДР, гибридные сеянцы, полученные от скрещивания лиственницы европейской с лиственницей японской, оказались более устойчивыми к сернистому газу, чем сеянцы от внутривидового скрещивания лиственницы европейской. Из вышеизложенного прежде всего следует, что загрязнители природной среды неантропогенного происхождения могли способствовать выработке в ходе эволюции свойств, предопределивших устойчивость растений к аналогичным загрязнителям антропогенного происхождения. Устойчивость некоторых растений к отдельным фитотоксикантам, возникшая в ходе эволюции, носит наследственный характер.

Как мы уже отмечали, у большинства растений под влиянием сернистого газа происходит снижение интенсивности фотосинтеза. Однако у некоторых растений (дерен белый, клен ясенелистный, сирень обыкновенная, снежноягодник, тополь канадский) интенсивность фотосинтеза приходит к норме после обработки сернистым газом. Такие растения, по мнению П. П. Чуваева, Ю. З. Кулагина, Н. В. Гетко (1973), способны переносить более высокие дозы токсикантов в атмосфере, чем другие виды.

Как известно, растения обладают способностью осуществлять процесс фотосинтеза различными путями. В зависимости от этого они разделены на две группы: С_3= и С_4= растения. Оказалось, что представители этих групп по-разному реагируют на присутствие в среде сернистого газа. С_4= растения поглощают в полтора раза меньше двуокиси серы, чем С_3= растения. Это связано с тем, что С_4= растения в присутствии фитотоксиканта закрывают устьичные щели, а С_3-растения их расширяют. Поскольку

устьица у С_4-растений под влиянием двуокиси серы закрываются, они слабее фотосинтезируют, но зато более устойчивы к сернистому газу. Кроме того, с увеличением концентрации фитотоксиканта до 0,04 мг/м^3 ингибирование фотосинтеза у кукурузы и сорго (представители группы С_4= растений) составляло только 20–30 %, тогда как у овса (представитель группы C_3-растепий) фотосинтез подавлялся на 90 %. У подсолнечника, относящегося к группе С_3-растений, практически полное подавление фотосинтеза наблюдалось уже при концентрации 0,4 мкл/л.

Устойчивость к двуокиси серы, по данным П. П. Чуваева, Ю. З. Кулагина и Н. В. Гетко (1973), определяется не количеством устьиц, а их способностью регулировать уровень газообмена путем изменения открытости устьичных щелей (тополь дельтовидный, тополь бальзамический, ясень обыкновенный и др.), а также способностью самой протоплазмы противостоять токсическому действию загрязнителей атмосферы.

Чрезвычайно интересные данные получены при изучении метаболитических превращений сернистого газа, поглощенного растениями. Оказалось, что молодые листья огурца устойчивы к фумигации двуокисью серы концентрации 22,5 мкл/л (1 мг/м^3), а старые — чувствительны к ней. На первый взгляд это может показаться довольно странным, поскольку молодые листья поглощают сернистый газ в два раза интенсивнее, чем старые. Оказалось, однако, что они более энергично восстанавливают этот фитотоксикант до сероводорода, причем скорость выделения ими сероводорода была в 10–13 раз выше, чем старыми листьями. При расчете на вес или площадь молодые и старые листья разнились еще более существенно: в 20—100 раз. Особенно интенсивно процесс выделения сероводорода протекал на свету. Ученые полагают, что молодые листья огурца устойчивы к сернистому газу именно благодаря высокой скорости его восстановления до сероводорода, который выделяется ими в окружающую среду.

Другой путь превращения сернистого газа в растениях, как мы уже отмечали, заключается в окислении его до сульфатов. Если скорость этого процесса соответствует скорости поступления газа в растения, последние менее страдают от присутствия фитотоксиканта. Таким образом, устойчивость растений к сернистому газу определяется скоростью его метаболитических превращений в другие продукты.

Самыми чувствительными к хлористому водороду растениями оказались люцерна и редис, у которых некроз листьев появлялся после воздействия этого вещества в концентрации 0,1 части на миллион в течение всего лишь двух часов. Наиболее устойчивыми растениями являются петуния, фасоль кустовая, герань и азалия.

Некоторые растения (ива, белая акация, сосна черная) оказались устойчивыми по отношению к фтору, поэтому их предполагается использовать для озеленения территорий предприятий, выделяющих в атмосферу большое количество этого фитотоксиканта (алюминиевых заводов, предприятий по производству эмалированной посуды и др.). Установлено, что листья пеларгонии зональной, обработанные раствором фтористого аммония, накапливают кальций в местах локализации фтора. Увеличение концентрации кальция в некротических участках происходит в результате миграции его из других частей растений. Исследователи предполагают, что ионы кальция играют защитную роль. В пользу этого предположения свидетельствует тот факт, что предварительное выдерживание листьев в растворе, содержащем ионы кальция, приводит к тому, что некрозы под влиянием фтористого аммония не образуются.

Различаются растения и по устойчивости к аммиаку. Одни виды (вьюнок, петуния розовая) устойчивы к этому фитотоксиканту, другие (циния красная, календула лекарственная) — неустойчивы.

Устойчивыми к сероводороду являются персик, яблоня, вишня, гвоздика, колеус, портулак, подсолнечник, василек, настурция; неустойчивы — табак, редька, редис, мак, соя, клевер, фасоль, шалфей, космея, гладиолус, астра, огурец.

Чувствительность растений к озону также неодинакова. В опытах с различными сортами фасоли показано, что устойчивые к этому фитотоксиканту растения быстрее закрывают свои устьица в ответ на воздействие озоном.

Советский ученый Н. П. Красинский в 1937–1950 гг. первым высказался за необходимость широкого использования теоретических представлений для правильной оценки дымоустойчивости различных видов растений. Он предложил различать несколько видов устойчивости растений к загрязнителям атмосферы: биологическую, анатомо-морфологическую и физиолого-биохимическую. Впоследствии различными авторами был предложен ряд других классификаций устойчивости, рассмотрение которых выходит за рамки настоящей работы, тем более что ни одна из них пока не пользуется всеобщим признанием. Более обстоятельное рассмотрение этого вопроса можно найти в работах Ю. З. Кулагина (1974), Г. М. Илькуна (1978) и В. С. Николаевского (1979).

Биологическая устойчивость связана со способностью поврежденных растений к регенерации. Чем быстрее растение восстанавливает свои ткани и органы после отравления вредными примесями атмосферы, тем оно устойчивее. Лиственные породы по сравнению с хвойными более устойчивы отчасти по той причине, что обладают более ярко выраженной способностью к регенерации. Однако эта закономерность соблюдается, по-видимому, не всегда. У кустарника Diplacus aurantiacus, сбрасывающего листья, наблюдается более низкая устойчивость к сернистому газу по сравнению с вечнозеленым кустарником Heteromeles arbutifolia. Биологическая устойчивость выражается также в том, что в разных фазах роста и развития растений последние по-разному относятся к повреждающим факторам.

Анатомо-морфологическая устойчивость связана с особенностями строения растений, тогда как физиологобиохимическая определяется индивидуальными особенностями их метаболизма, скоростью протекания биохимических реакций, способностью утилизировать ядовитые вещества, связывать их белками цитоплазмы и т. д.

Анатомо-морфологические особенности (мощность кутикулы, воскового налета, режим работы устьичного аппарата, площадь поверхности растения и др.) могут играть важную роль в поступлении внутрь растения вредных веществ. Наиболее устойчивыми ко всем видам загрязнений оказались листья, обладающие прочным восковым налетом, который перекрывает устьичные клетки.

Листья растений, лишенные воскового налета, хорошо смачиваются водой, подвергаются в течение вегетационного периода очень сильному загрязнению, которое с трудом смывается дождем. Напротив, листья, покрытые восковым налетом и вследствие этого обладающие водоотталкивающими свойствами, загрязняются слабо. Загрязнение легко смывается с таких листьев осадками.

В связи с этим важное значение в устойчивости растений к загрязнителям имеют условия внешней среды, которые оказывают значительное влияние на формирование воскового налета. Так, например, у брюквы при 35 %-ной относительной влажности воздуха образуется более мощный восковой налет, чем при 80 %-ной влажности. Эти же растения обладают более мелкими устьицами.

Важное значение в устойчивости растений к фитотоксикантам принадлежит особенностям строения и режиму работы устьиц. Можно привести немало примеров, подтверждающих справедливость этой точки зрения.

Листья, у которых число устьиц незначительно, более устойчивы к сернистому газу. Поглощение и распределение некрозов полностью соответствует распределению устьиц на листе.

Установлено, что диффузная проводимость газов через устьица устойчивых к сернистому газу клонов тополя в течение дня понижена по сравнению с высокочувствительными или умеренно чувствительными клонами.

Выяснено также, что устойчивые к озону сорта фасоли имеют на 25 % меньшую площадь устьиц на единицу поверхности листа, чем чувствительные. Кроме того, устойчивые сорта обладают способностью частично закрывать устьица в присутствии озона, чего не наблюдается у восприимчивых растений. Способность фасоли частично закрывать свои устьица в присутствии фитотоксиканта представляется исследователям более важной в механизме устойчивости к озону, чем пониженное число устьиц на единице площади листа.

Это положение хорошо подкрепляется результатами экспериментов с елью. Клоны ели, устойчивые к веществам, загрязняющим воздух, характеризовались более чувствительным механизмом закрывания устьиц и регуляции транспирации хвои, чем неустойчивые. В результате этого в хвое устойчивых клонов накапливалось меньше сернистого газа и фтора.

Факторы, способствующие закрыванию устьиц (темнота, низкое содержание влаги в почве, опрыскивание растений фенилацетатом), в то же время повышают устойчивость растений к озону и сернистому газу. Особенности анатомо-морфологического строения и физиолого-биохимических процессов суккулентов, согласно Ю. З. Кулагину (1974), обеспечивают высокую устойчивость этих растений к вредным примесям атмосферы. В связи с анализом роли устьичного аппарата в устойчивости растений к фитотоксикантам следует иметь в виду и иной путь поступления токсических веществ в растение — через корни.

Роль корней в устойчивости растений к фитотоксикантам выявилась в опытах с горохом и кукурузой, различающимися чувствительностью к сернистому газу. Листья гороха, чувствительного к этому фитотоксиканту, как и следовало ожидать, обладают более низкой сопротивляемостью диффузии. Однако исследователи пришли к заключению, что не только этим объясняется более высокий уровень содержания серы в растениях гороха. Было выдвинуто предположение, что поступление серы в листья растений определяется дополнительным «внутренним поглотителем». Это предположение подтвердилось в опытах с водной культурой, показавших, что корни гороха интенсивно поглощают серу.

К физиологическим механизмам устойчивости можно отнести состояние покоя у растений, которое выработалось в ходе эволюции как приспособление к перенесению неблагоприятного периода года, характеризующегося низкими температурами или продолжительными засухами. По мнению Ю. З. Кулагина (1974), состояние покоя у растений является важной преадаптацией их к антропогенным загрязнителям окружающей среды. Резкое снижение интенсивности газообмена при одновременном усилении развития покровных тканей обеспечивает зимующим побегам деревьев и кустарников высокую газоустойчивость.

В. С. Николаевский (1979) показал, что между интенсивностью физиологических процессов в листьях (фотосинтез, дыхание) и газоустойчивостью имеется статистически достоверная обратная корреляция. Газоустойчивые древесные породы обладают пониженной интенсивностью фотосинтеза и дыхания.

У разных сортов петунии выявлена связь между устойчивостью к озону и содержанием в листьях аскорбиновой кислоты. Существует корреляция между уровнем содержания аскорбиновой кислоты и резистентностью растений лиственницы к двуокиси серы: со снижением количества аскорбиновой кислоты ночью увеличивается чувствительность лиственницы к газу. По мере интенсификации фумигации днем содержание аскорбиновой кислоты падает. У сосны при затенении днем токсичное действие сернистого газа выражено сильнее, чем ночью. Между тем днем заметно снижается содержание аскорбиновой кислоты. Корреляция между содержанием аскорбиновой кислоты и чувствительностью к газам обнаружена и у ели.

Все изложенное свидетельствует о том, что аскорбиновая кислота выполняет в растениях защитную функцию по отношению к токсикантам.

Устойчивость к аммиаку связывается с уровнем содержания органических кислот, особенно щавелевой, способных обезвреживать это соединение. В растениях, обработанных аммиаком и окислами азота, происходит увеличение содержания азотсодержащих веществ, причем у устойчивых видов оно обусловлено значительным повышением как белкового, так и небелкового азота. Однако у менее устойчивых к этим газам растений содержание общего азота повышается только из-за накопления небелковой фракции, в то время как количество белкового азота остается на прежнем уровне.

Важной предпосылкой к устойчивости растений к сернистому газу является высокая буферность цитоплазмы. Факторы, влияющие на буферность цитоплазмы, оказывают влияние на чувствительность растений к сернистому газу, повышая ее.

Известно, что углеводы выполняют важную роль в адаптации растений к низким температурам, засухе, засолению, аммиачному отравлению. Неудивительно, что эти вещества играют особую роль в формировании приспособленности растений к новому экологическому фактору — загрязнению атмосферы промышленными фитотоксикантами. Показано, что факторы, благоприятствующие накоплению углеводов в тканях растений, например гуминовые кислоты, в то же время повышают общую устойчивость к токсическим веществам — продуктам коксохимического производства. Защитное влияние сахаров продемонстрировано в опытах с растениями неустойчивого к озону сорта фасоли, который был обработан препаратом (N-[2-(2-оксо-1-имидазолидинил)этил]-N^1-фенилмочевина). Под действием этого препарата растения фасоли стали устойчивыми к озону. Одновременно обработка привела к повышению уровня восстанавливающих и невосстанавливающих сахаров в листьях растений соответственно на 41 и 35 % и увеличению концентрации фруктозы, глюкозы, сахарозы, эритрита на 35–62 %.

В связи с тем что днем устьица у большинства растений обычно открыты, растения интенсивно поглощают фитотоксиканты и сильнее повреждаются ими. Однако овес оказался более устойчивым к сернистому газу в дневное время. Отмеченное повышение устойчивости растений Р. Гудериан (1979) связывает с возрастанием уровня сахаров в листьях. В пользу такой точки зрения свидетельствуют результаты опытов, в которых растения фасоли помещали в растворы глюкозы и подвергали действию двуокиси серы. Другими исследователями показано, что существует четкая корреляция между содержанием сахаров в листьях культурных растений и устойчивостью их к озону.

Если растения томатов выдержать в течение 36 ч в темноте для понижения содержания сахаров в тканях, а затем в течение 4 ч обработать воздухом, содержащим в 1 м^3 2,4 мг хлористого водорода, то довольно быстро на листьях обнаруживаются некротические повреждения, занимающие около 25 % площади листьев. В то же время у листьев, не подвергавшихся воздействию темноты, повреждения отсутствовали.

Из результатов этих экспериментов Р. Гудериан (1979) делает практический вывод: воздействие загрязнителей в утренние часы представляет особую опасность для растений.

В настоящее время весьма важное значение в различных проявлениях патологии клеток растений и животных придается проницаемости цитоплазмы. Не является исключением, по-видимому, и зависимость вредного действия ядовитых веществ на растения от проницаемости их тканей. Действительно, цитоплазма клеток хвои двухлетних сеянцев сосны, поврежденных вредными газами, обладает значительно большей проницаемостью, чем у здоровых. Устойчивые к сероводороду растения отличаются повышенной прочностью и высокой регуляторной способностью клеточных мембран. Под влиянием сероводорода у устойчивых видов по сравнению с неустойчивыми наблюдается сравнительно меньшее нарушение проницаемости клеточных мембран.

Говоря о физиолого-биохимической устойчивости, следует отметить мнение исследователей, согласно которому устойчивость растений к фитотоксикантам определяется не столько содержанием отдельных компонентов клетки, сколько способностью растений сохранять их в выгодных пропорциях, т. е. возможностями растений компенсировать путем регулирования метаболизма нарушения, вызванные действием загрязнителей окружающей среды.

Следует заметить, что устойчивость растений к фитотоксикантам зависит от физико-географических условий. Показано, например, что клен ясенелистный устойчив к сернистому газу на Урале и в Подмосковье и недостаточно устойчив на Украине.

Условия произрастания растений также сказываются на устойчивости растений к фитотоксикантам. Бук и вяз

значительно более устойчивы к атмосферным загрязнителям при выращивании на известковых почвах, нежели на бедных песчаных почвах.

Устойчивость к радиации также имеет физиолого-биохимическую природу. Семена, содержащие повышенное количество жиров, более радиоустойчивы по сравнению с семенами, имеющими меньшее их количество. Чем интенсивнее рост у растений, тем они сильнее повреждаются радиацией.

Повышение устойчивости растений к фитотоксикантам

Исследования в области устойчивости растений к токсическому действию загрязнителей имеют, безусловно, важное значение как для теории, так и для практики. Следует, однако, иметь в виду, что эта устойчивость носит относительный характер. При изменении условий окружающей среды устойчивые растения могут сравнительно легко поражаться ими. Кроме того, когда мы говорим об устойчивости, то имеем в виду сравнительно невысокие концентрации фитотоксикантов. Вместе с тем в ряде случаев, например при авариях на химических заводах, при сбросе неочищенных сточных вод, фитотоксические вещества могут попадать в окружающую среду в таком количестве, при котором растения погибают. При меньших концентрациях они сильно повреждаются ядовитыми веществами, при этом происходит снижение их продуктивности, ослабление способности к очищению атмосферы и гидросферы.

В связи с этим перед исследователями встала проблема поиска средств активной защиты растений от токсического влияния вредных примесей. Особо следует заботиться о молодых посадках и посевах, находящихся поблизости от предприятий, загрязняющих окружающую среду. Дело в том, что молодые растения более интенсивно накапливают ядовитые вещества по сравнению со взрослыми, а поэтому сильнее повреждаются от их действия. Способы повышения устойчивости растений к вредным загрязнениям могут быть различными.

Селекционные методы

Из приведенных выше материалов явствует, что растения разных видов, а нередко и клонов одного и того же вида, очень резко отличаются по устойчивости к фитотоксикантам. В опытах с популяцией райграса было показано, что сернистый газ действует на нее как селектирующий фактор. В результате этого по мере действия фитотоксиканта популяция становится все более устойчивой к нему. По этой причине посадки райграса в городах стали более устойчивыми к сернистому газу, несмотря на то что уровень содержания газа в воздухе за период наблюдений не понизился. Используя высокоустойчивые формы, следует создавать новые формы и сорта еще более устойчивых растений. Успешные работы по отбору и размножению высокоустойчивых к сернистому газу и фтору особей хвойных растений ведутся в ГДР и ФРГ. При нахождении таких особей их затем размножают вегетативным путем с целью сохранения признака высокой устойчивости у новых растений.

В США созданы устойчивые к фотохимическому смогу сорта сои, шпината, картофеля и томатов. Исследования по выведению устойчивых к фитотоксикантам растений разворачиваются ныне в разных странах.

Агротехнические приемы

Почва, в которой выращиваются растения, имеет исключительно важное значение в устойчивости растительных организмов к фитотоксикантам. На плодородных почвах растения меньше страдают от загрязненности воздуха и оказываются более долговечными. При внесении удобрений в почву нейтрализуются накапливающиеся в ней вредные вещества, улучшаются условия существования микроорганизмов, способствующих детоксикации и нейтрализации вредных примесей.

Использование удобрений повышает декоративность и стойкость деревьев к солям, применяемым для борьбы с гололедом. Казалось бы, при этом должно происходить повышение концентрации почвенного раствора и вследствие этого угнетение роста растений. На самом же деле минеральные удобрения способствуют ликвидации неуравновешенности почвенного раствора, от которой в сильной степени страдают придорожные растения. Следует иметь в виду, что внесение больших доз азотных удобрений может привести к повышению чувствительности растений к фитотоксикантам. В связи с этим рекомендуется вносить их дробно.

С помощью фосфорных удобрений удалось снизить содержание кадмия в растениях шпината и кукурузы на

58 %. Этот элемент имеет важное значение в повышении устойчивости растений к фторидам. Калий также увеличивает устойчивость растений к фитотоксикантам. Оптимальное снабжение этим элементом ослабляет степень их повреждения, особенно в случае воздействия сернистым газом. При действии загрязнителей часто происходят сдвиги кислотности почвенного раствора, которое сильно выражено на песчаных почвах с низкой буферностью. При внесении удобрений следует учитывать это обстоятельство. Нельзя применять физиологически кислые соли (например, сернокислый аммоний) там, где загрязняющие почву вещества вызывают ее подкисление. Сдвиг кислотности почвенного раствора может крайне неблагоприятно сказаться на растениях.

Правильно произведенная подкормка растений положительно сказывается на росте растений, а усиливающийся обмен веществ способствует детоксикации вредных примесей. Ослабленные растения плохо растут и не могут с достаточной эффективностью выполнять возложенную на них функцию — очистку окружающей среды от вредных примесей. Неудивительно, что путем внесения удобрений удалось улучшить состояние лесных насаждений, подверженных задымлению.

Если растения произрастают на территории, атмосфера над которой загрязнена двуокисью серы, то при подкормке растений следует воздержаться от применения серосодержащих удобрений, поскольку в этом случае в растительных тканях может создаваться избыток серы. Нежелательно использовать в этом случае и суперфосфат, поскольку он содержит большое количество серной кислоты.

Вблизи азотнотуковых заводов, выбрасывающих в атмосферу окислы азота, растения должны обеспечиваться фосфором, калием и микроэлементами. Что же касается азота, то на богатых почвах его вообще можно не вносить. В этом случае растения будут активнее поглощать окислы азота из воздуха, очищая его от этих фитотоксикантов.

Важное значение для нейтрализации кислых газов, поступающих с осадками в почву, имеет известкование. Этот прием играет положительную роль в деле уменьшения поступления из почвы вредных тяжелых металлов. Так, например, поглощение свинца корнями райграса многоукосного уменьшалось при известковании почв, что приводило к повышению урожайности. Снижение скорости поглощения свинца растениями находилось в прямой зависимости от увеличения pH почвенного раствора. Установлено также, что совместное внесение в почву минерального удобрения и навоза снижает поступление в растения радиоактивного стронция.

Внесение гуминовых удобрений совместно с нитрофоской повышает устойчивость растений к выбросам коксохимического завода. Они увеличивали содержание углеводов в тканях растений. Газоустойчивость повышается также в результате предпосевной обработки семян слабыми растворами микроэлементов (марганца, кобальта).

Для повышения устойчивости растений к токсическим веществам следует правильно снабжать растения водой. Обычно чем лучше водоснабжение растений, тем шире открыты устьица, интенсивнее транспирация и более активное поступление токсикантов. Вместе с тем осадки смывают с листьев вредные вещества, вымывают из их тканей хлор, сернистый газ и т. д. Удаление пыли способствует усилению процессов жизнедеятельности листьев.

Следует иметь в виду, что дождевание эффективно после газации. До газации осадки могут оказать вредное воздействие, так как в них может содержаться очень большое количество растворенных вредных примесей, которые, проникая в листья, будут вызывать их повреждение.

Плодородная почва отличается от неплодородной высоким содержанием микроорганизмов. В этой связи следует отметить, что повышения устойчивости растений к фитотоксикантам можно достигнуть путем использования некоторых микроорганизмов. Так, например, в 1971 г. в опытах Ж. Т. Козюкиной было показано, что обработка препаратами Pseudobacterium lacticum 392 и Pseudomonas lequetaciens 399 корневой системы бирючины обыкновенной перед посадкой в грунт в условиях промышленного, предприятия способствует снижению повреждаемости листьев, увеличению их количества на побегах, активному росту побегов.

Положительное влияние микроорганизмов почвы на растения в условиях действия фитотоксикантов связано как с их участием в детоксикации вредных веществ, так и с другими эффектами. Известно, что микроорганизмы почвы в процессе жизнедеятельности выделяют большое количество углекислого газа. Между тем во многих исследованиях показано положительное влияние подкормки растений углекислотой на устойчивость растений к фитотоксикантам. Так, например, растения люцерны, выращиваемые в атмосфере с повышенным содержанием углекислого газа, меньше повреждаются сернистым газом, окисью азота и смесью этих фитотоксикантов.

Опыты П. П. Чуваева с соавторами (1973) показывают, что подкормка растений углекислотой, в особенности в сочетании с последующим освежающим дождеванием, повышает их газоустойчивость, усиливает темпы роста. Особенно перспективно дождевание слабыми растворами (0,3 %) бикарбоната калия с добавлением микроэлементов и других элементов минерального питания.

Важное значение в повышении устойчивости растений к фитотоксикантам имеет характер размещения растений в посадках. Отдельно стоящие деревья и кустарники более подвергаются их действию по сравнению с теми, которые находятся внутри древостоя. По этой причине посадки деревьев в зоне атмосферных загрязнений должны располагаться достаточно плотно.

Под влиянием загрязнителей происходит замедление роста побегов, более быстрое их старение. В этих условиях путем обрезки растений можно стимулировать процессы омоложения вегетативных и генеративных органов. Положительное значение в защите неустойчивых к фитотоксикантам растений имеет посадка перед ними устойчивых деревьев и кустарников.

Физиологически активные вещества

К физиологически активным веществам относятся фитогормоны (ауксины, цитокинины, гиббереллины), ингибиторы роста, витамины, ферменты и др. Мы уже говорили, что один из видов устойчивости — биологическая — связан со способностью растений регенерировать поврежденные ткани и органы. В связи с этим для повышения устойчивости следует шире использовать физиологически активные вещества, способные ускорять протекание регенерационных процессов. Особенно это необходимо при пересадке крупных деревьев в городе, когда происходит повреждение корневых систем растений. Обработка комля ауксинами может способствовать быстрому отрастанию корней. Использование ауксинов в некоторых случаях позволяет снять действие фитотоксикантов, тормозящих рост растений.

Другой фитогормон — гиббереллин — в концентрации 0,01 и 0,001 % способствовал увеличению надземной массы трав, произрастающих в условиях воздействия токсических веществ. Однако декоративность их снизилась за счет появления светло-зеленой окраски и изменения формы листьев. Последние становились более узкими. Изменение окраски и формы листьев является характерным признаком действия гиббереллина и не зависит от присутствия токсикантов. Для снятия нежелательных явлений можно рекомендовать использование гиббереллина вместе с рибофлавином.

Обычно когда говорят о холестерине, то имеют в виду животные организмы. Однако за последние годы было установлено, что растительные ткани также содержат это стероидное соединение. Наряду со снижением количества свободного стерола озон вызывает также уменьшение количества в растениях холестерина. Интересно отметить, что обработка растений фасоли холестерином хорошо защищала их от повреждающего действия озона. Наоборот, предварительная обработка растений ингибитором стероидных соединений увеличивала восприимчивость фасоли к озону. Исследователи пришли к заключению, что холестерин может быть одним из факторов, обусловливающих устойчивость растений фасоли к озону.

Ослабление скорости протекания обмена веществ, подавление ростовых процессов должны повышать резистентность растений к загрязнителям атмосферы. Действительно, ингибитор роста — абсцизовая кислота значительно уменьшает повреждающее действие озона.

В опытах с 65 сортами петунии было установлено, что обработка растений веществами, замедляющими удлинение междоузлий и способствующими развитию темнозеленой окраски листьев, уменьшает количество видимых повреждений растений от озона. Таким действием обладает, например, 2,2-диметилгидразид янтарной кислоты. Он задерживает рост и изменяет чувствительность листьев к озону. Добавление аскорбиновой кислоты и воска к раствору для опрыскивания усиливало защитные свойства 2,2-диметилгидразида янтарной кислоты. Препараты, не тормозящие рост, не защищали растения петунии от действия озона.

Многочисленны исследования, результаты которых свидетельствуют о положительном влиянии аскорбиновой кислоты на устойчивость растений к фитотоксикантам. Опрыскивание растений раствором этого витамина в районе Лос-Анджелеса позволило ослабить повреждающее действие оксидантов на фасоль, сельдерей, латук, петунию и цитрусовые. В других опытах обработка растений салата, шпината, мятлика, петунии, томатов, роз, орхидей и гвоздик аскорбиновой кислотой способствовала повышению сопротивляемости их озону.

Слабые (0,001 %) растворы аскорбиновой кислоты, тиомочевины, янтарной кислоты рекомендованы для опрыскивания деревьев, газонов и цветников. Весьма ценно, что некоторые витамины обладают не только антитоксическим действием, но и проявляют антимутагенный эффект. На луке-батуне и конских бобах такой результат достигнут с помощью α-токоферола, аскорбиновой кислоты и β-каротина. Аскорбиновая кислота и α-токоферол эффективно снижали частоту мутаций, индуцированных ионизирующими излучениями. Таким образом, эти витамины обладают универсальной антимутагенной активностью, которая проявляется на разных объектах как при спонтанном, так и индуцированном мутагенезе. Приведенные примеры свидетельствуют о возможности использования физиологически активных веществ для предохранения растений от вредного действия фитотоксикантов.

Нейтрализаторы фитотоксикантов

Еще один путь повышения устойчивости растений против фитотоксикантов — нанесение на листья растений веществ, частично нейтрализующих и удаляющих поступающие в растения фитотоксиканты. Рассмотрим несколько характерных примеров.

Для того чтобы предохранить растения от свинца, предлагается опрыскивать их защитными препаратами. В качестве таких препаратов исследователи использовали хелаты: этилендиаминоуксусный кальций и полифосфат натрия. После обработки растворами этих веществ попадающий на поверхность растений свинец образовывал с ними комплексные соединения и при помощи осадков смывался в почву. Попадая с осадками в почву, комплексные соединения превращаются в нетоксичные для растений соли: сульфат свинца и фосфат свинца.

Исследователи пробовали вводить комплексные вещества непосредственно в почву. Там они связывали в комплексные соединения 94–99 % подвижного свинца.

Ученые исследовали возможность очищения почвы от кадмия. С этой целью почвы, загрязненные кадмием, насыщались раствором соляной кислоты (концентрация 0,05 и 0,1 н), а затем в них вносился углекислый кальций или фосфорнокислый магний. При этом содержание кадмия в почве резко сократилось, а растения, выращиваемые на этой почве, содержали его в пять с лишним раз меньше.

Для восстановления почв, загрязненных тяжелыми металлами, западногерманская фирма «Байер» предлагает обработать ее ионообменными смолами. Внесенные в виде порошка или гранул смолы адсорбируют ионы тяжелых металлов. В настоящее время исследовано влияние ионообменных смол при выращивании декоративных растений.

Исследования в области очистки почв от вредных примесей, несомненно, заслуживают большого внимания. Вполне возможно, что в недалеком будущем человечество будет поставлено перед необходимостью проведения таких мероприятий на больших площадях.

В качестве препарата, защищающего растения от вредного действия озона, может быть использован антиозонатор 4,4-диоктилдифениламин, который обладает способностью инактивировать озон. Выращивание табака и петунии, чувствительных к озону, под пленкой, обработанной этим веществом, привело к тому, что растения были выше и имели большую массу по сравнению с растениями, находившимися под пленкой без антиозонатора.

Дифениламин, раствором или порошком которого обрабатывали трехмесячные яблони, 14-дневные растения фасоли, 39-дневные растения петунии и 60-дневные растения табака, также вызывал снижение повреждающего действия озона. Наиболее эффективным препаратом, снижающим токсическое действие озона на листья табака, оказался пиперонилбутоксид, применяемый в виде раствора концентрации 0,1 %.

Особый интерес представляет использование для защиты растений антитранспирантов, которые уменьшают поступление фитотоксикантов внутрь растений. Так, аптитранспирант фоликот (эмульсия углеводородного парафинового воска), внесенный в почву в дозе 160 мг/кг, защищал растения на 99 % от повреждающего действия озона. Аналогичным образом действовало опрыскивание растений фасоли сорта Пинто III раствором фоликота в концентрации 10 мл на 1 л воды.

В ряде случаев против озона оказались эффективными системный фунгицид беномил, карбатиин, этилендимочевина, этилтрифонат, триаримол и другие вещества.

Наконец, имеются сведения относительно повышения устойчивости древесно-кустарниковой растительности, в том числе хвойных, с помощью обработки растений моющими средствами типа ОП-7, ОП-10, которые использовались в виде 0,2 %-ного раствора. Исследователи рекомендуют эти препараты для удаления грязи и адсорбированных токсических веществ.

* * *

Все изложенное свидетельствует о том, что растения в ряде случаев успешно противостоят вредному влиянию загрязнителей атмосферы. Такие растения обладают целым рядом характерных биологических и анатомо-морфологических признаков. Обмен веществ также имеет характерные черты. Низкая интенсивность реакций метаболизма замедляет обмен веществ растений с окружающей средой и тем самым делает растения менее зависимыми от внешних воздействий. В ряде растений токсические вещества претерпевают глубокие изменения. Некоторые из них вовлекаются в обмен веществ. Это относится, например, к сернистому газу. Чем быстрее в растениях осуществляется процесс восстановления серы и включения ее в серосодержащие белки, тем лучше растение противостоит действию этого фитотоксиканта.

Несомненно, перед учеными стоит важная задача более детально исследовать механизмы устойчивости растений к загрязнителям окружающей среды, конкретизировать эти механизмы относительно каждого фитотоксиканта. Однако и достигнутое в этой области к настоящему времени нужно шире использовать при озеленении территорий промышленных предприятий, при создании новых форм, обладающих повышенной устойчивостью к загрязнителям окружающей среды.

Приведенные материалы свидетельствуют также о том, что во всем мире напряженно идет поиск средств, способных защитить зеленых друзей человека от токсического воздействия загрязнителей. Эта работа имеет важное значение в практическом плане. Необходимо активно помогать растениям успешно бороться против нашей общей опасности — загрязнения окружающей среды.

Глава 5. Растения вместо ядохимикатов

Один из источников загрязнения окружающей среды — широкое применение ядохимикатов для борьбы с вредителями сельского хозяйства. Поэтому сокращение их использования является средством охраны природы. И тут нам на помощь опять приходят растения.

Появились сообщения о том, что на парижских рынках стали продавать фрукты и овощи, выращенные без ядохимикатов (гербицидов, уничтожающих сорную растительность; инсектицидов, вызывающих гибель вредных насекомых; нематоцидов, поражающих паразитических червей и т. д.). Земля для их выращивания в течение двух лет находилась под паром, а затем слегка припорашивалась веществами, полученными из водорослей. Основанием для такого выращивания овощей и фруктов послужило то, что ядовитые вещества не всегда полностью разрушаются в растениях и в почве. Они могут поступать в организм человека, вызывая нежелательные сдвиги в обмене веществ.

Хорошо известно, что применение различных веществ в растениеводстве преследует цель повысить производительность труда. В самом деле, ручная прополка куда более трудоемка, чем опрыскивание поля раствором гербицида с помощью самолета. Вполне естественно, биологические продукты, т. е. овощи и фрукты, выращенные без ядохимикатов, значительно дороже обычных.

В связи с опасностью со стороны ядохимикатов для здоровья людей возникла проблема, нельзя ли вместо них использовать против вредных животных и микроорганизмов какие-то другие средства? К тому же неумеренное использование ядохимикатов, плохая упаковка, транспортировка и небрежное хранение является одной из существенных причин загрязнения окружающей среды. Поэтому сокращение их производства и использования является средством охраны природы.

Ученые пришли к выводу, что заменить ядохимикаты могут некоторые растения, водные отвары или настои которых, а также они сами, хорошо высушенные и размолотые в тонкий порошок, убивают вредных насекомых и клещей, бактерии и грибы, отпугивают грызунов и т. д. Эти свойства растений обусловлены наличием в них естественных химических соединений, которые, как предпо

лагается, безвредны для человека. В некоторых случаях такие растения рекомендуется высаживать в поле, в приствольных кругах плодовых деревьев, в цветниках и т. д.

Растения, которых боятся животные

Растение чернокорень лекарственный (Cynoglossum officinale) встречается на пустырях, около жилья, вдоль дорог, на лугах. Это растение до 100 см высотой имеет листья, сходные с собачьим языком, благодаря чему получило название «песий язык». Достаточно положить несколько пучков листьев в местах обитания грызунов, чтобы они исчезли. Грызуны не переносят запаха этого растения. Чернокорень может весьма эффективно использоваться на складах, в подвалах. Будучи посажен в саду, он надежно защищает от грызунов плодовые деревья. Отвар из корней и стеблей чернокорня содержит сильнейший яд, являющийся верным средством борьбы против грызунов. Корабельные грызуны предпочитают броситься в воду, чем перебежать через положенное на их пути растение чернокорня. Крысы немедленно покидают те места, где положен корень этого растения. Чернокорень рекомендуют засовывать в норы, устилать подстожья, края парников.

Избавиться от грызунов помогает и красная бузина (Sambucus racemosa). Обычно крысы и мыши избегают помещений, где близко растет бузина. Не случайно в старину бузину часто сажали около сараев, складов, зерновых амбаров. Бузина защищает крыжовник от бабочки-огневки, а сливовые и яблоневые деревья — от плодожорки.

В листьях бузины черной (Sambucus nigra) образуется синильная кислота, которая, возможно, и отпугивает вредных животных. В частности, для защиты зернохранилищ от долгоносика иногда используют зеленые ветки этого растения.

Зеленчук (Galeobdolon luteum) также является хорошим крысо- и мышегоном. Это растение имеет очень неприятный запах. Оно эффективно против грызунов в свежем виде, высушенная трава не обладает таким действием. Еще знаменитый шведский ботаник Карл Линней отмечал, что листья зеленчука изгоняют из зернохранилищ крыс и мышей. На Северном Кавказе и в других местах этой травой издавна было принято переслаивать скирды хлеба. Кроме того, она высаживалась около гумен

и амбаров. Имеются указания на использование зеленчука для защиты зернохранилищ от насекомых (долгоносиков).

Мыши покидают насиженные места (амбары, кладовые) и в том случае, если в углах помещений и около нор положить ветки багульника, стебли кориандра.

Некоторые бобовые растения (фасоль, горох, бобы) отпугивают проволочников — личинок жуков-щелкунов. Кроме того, на участках, занятых бобами, не появляются кроты. Со времен средневековья рекомендуется сеять нут среди культурных растений из-за многих его полезных свойств.

Черемуха (Padus racemosa) использовалась крестьянами Новгородской области для борьбы с озимой совкой. В этих целях поля обкладывались ветками черемухи, а высеваемые семена замачивались в крепком отваре веток этого растения. Благодаря наличию инсектицидных свойств черемуха использовалась для уничтожения паразитов сельскохозяйственных животных. Ошейники из распаренных ветвей этого растения, а также протирание ими тела приводит к полному освобождению от вшей. Еще П. С. Паллас в 1786 г. писал, что ветки черемухи, положенные под скирду необмолоченного хлеба, отгоняют мышей.

Красоднев, или лилейник (Hemerocallis), защищает многие луковичные растения, особенно лилии, от многоножек (кивсяков).

Горчица предохраняет горох от гороховой плодожорки, а конопля — от гороховой тли. Кроме того, спасает свеклу от свекловичной блошки. Запах этого растения отпугивает личинок майских жуков. Обследование конопляников показало, что на них личинки майских жуков отсутствуют. В связи с этим коноплю рекомендуют сажать в междурядьях полезащитных полос, которые иногда очень сильно страдают от майского жука. Еще в 1833 г. «Журнал общеполезных сведений или библиотека по части промышленности, сельского хозяйства и наук, к ним относящихся» (№ 8) сообщал: «Чтобы бабочки не клали своих яиц на капусту или другие огородные овощи, надобно рассадить на занимаемых сими последними грядах несколько стеблей обыкновенной конопли, к которой насекомые сии никогда не приближаются. Таким же образом и гусеницы не будут портить огородных растений».

Хорошо отпугивает вредителей от плодовых деревьев кориандр (кишнец посевной). Его рекомендуют высевать в приствольных кругах и еженедельно подстригать верхушки для усиления выделения отпугивающих веществ.

Будучи посаженным в розарии, он защищает розы от тлей.

Комнатная герань служит защитой для других декоративных растений от тлей и паутинного клещика.

Порошком чистотела опыливают растения против огородных блошек. Дымом этого растения окуривают сады от медянки, а огороды — от бабочки-белянки.

Календула (ноготки) помогает бороться с вредными нематодами. Пораженные нематодами растения очень резко снижают урожай и часто гибнут. Если вокруг участка, на котором посажены розы, сделать бордюр из ноготков, то поражение роз нематодами станет невозможным.

Лук и чеснок отпугивают долгоносиков, клещей, проволочников и других вредителей. В Китае для того, чтобы в рисе или муке не заводились долгоносики и другие вредители, на куль риса кладут 2–3 головки чеснока, разделенные на дольки и тщательно очищенные без повреждения их пленчатых покровов. Смородина не повреждается почковым клещом, если между кустами посадить лук и оставить его на зиму в земле. Чеснок очень полезен в борьбе с медведкой и другими вредителями культурных растений.

Муравьи в страхе покидают места, где имеется петрушка. На виноградниках она оказывает оздоровляющее действие в случае поражения их филлоксерой.

Многие виды пижмы, особенно из той группы видов, которая часто выделяется в род пиретрум (Pyrethrum), способны накапливать особые вещества, называемые пиретринами. Пиретрины ядовиты для насекомых и других беспозвоночных, но безвредны для теплокровных животных и человека. С давних времен растения, содержащие пиретрины, использовались человеком для борьбы с вредными насекомыми. Среди них прежде всего следует назвать пижму цинерариелистную, или далматскую ромашку (Tanacetum cinerariefolium). Родина ее — Балканский полуостров. Далматская ромашка спасает капусту от тлей, гусениц капустной совки и белянки, а яблоню — от тлей, яблонной плодожорки и других вредных насекомых. При наличии этого растения исчезают тли и нематоды в цветниках. Порошком из этого растения пользовались для борьбы с клопами, блохами, тараканами, мухами и даже мышами. Препараты из далматской ромашки могут быть весьма эффективными. Так, например, в 30-х годах XX в. урожайность сельскохозяйственных культур в США поднялась еще до широкого распространения химических органических препаратов. Этому способствовало повсеместное применение некоторых препаратов типа пиретринов.

Химики попытались синтезировать инсектицидные вещества далматской ромашки и в конце 40-х годов добились успеха. Синтезированные вещества получили название пиретроидов. Как и природные аналоги, пиретроиды обладали рядом недостатков. Они были нестойки к действию света, влаги и воздуха. Не так давно английская компания «Shell» создала пиретроид под названием «рипкорд», который оказался устойчивым к воздействию окружающей среды. Он разлагается лишь почвенными микроорганизмами. Вместе с тем новый препарат обладает широким спектром действия, в том числе на вредителей, успевших приобрести устойчивость к большинству используемых ныне инсектицидов.

Исследования по пиретроидам ведутся и в нашей стране. Ученые Башкирии в содружестве с коллективом Московского института органической химии имени Н. Д. Зелинского создали пиретроид, являющийся эффективным средством против вредителей сельскохозяйственных животных: слепней, оводов и мух. Двух-трех килограммов инсектицида достаточно, чтобы на все лето избавить от кровососущих насекомых обитателей крупного животноводческого комплекса. На фермах крупнейшего в Башкирской АССР совхоза имени 60-летия СССР продуктивность животных, избавленных от вредных насекомых, возросла на 10–15 %. В масштабах хозяйства это сотни центнеров молока и мяса. Отлично зарекомендовали себя синтезированные пиретроиды и в борьбе с вредителями сельскохозяйственных культур. Достаточно 50 г препарата, чтобы полностью уничтожить на 1 га картофельного поля колорадского жука и его личинок.

Наряду с далматской ромашкой для получения пиретрина используются также пижма розовая (Tanacetuin roseum) и близкая к ней пижма красная (Tanacelum coccinoum) с Кавказа. Эти два вида более известны под другими названиями: ромашка персидская и ромашка кавказская.

Многие домашние хозяйки для борьбы с молью применяют истертые в порошок сухие листья пижмы обыкновенной (Tanacctum vulgare). С этой же целью в комнатах выращивают «мольное дерево» или плектрантус (Plectranthus fruticosus) из семейства губоцветных. За этим растением с давних времен установилась репутация гонителя моли. Считают, что моль не выносит запаха листьев плектрантуса. Из-за того что мухи также обходят его любовью, растение называют еще мухогоном.

Бархатцы являются эффективным средством защиты растений от нематод.

Томаты отпугивают проволочников. Крыжовник, в междурядьях которого были высажены томаты, мало поражался огневкой. Отходы пасынкования томатов, а также растения после уборки урожая используются для приготовления отвара, применяемого для борьбы с листогрызущими вредителями и гусеницами яблонной плодожорки. Ученые университета штата Каролина (США) обнаружили, что волоски, имеющиеся на диких томатах, выделяют природный инсектицид, названный 2-тридекалоном. Это вещество присутствует и в культурных томатах, однако концентрация его в них в 100 раз меньше, чем в диких. Путем скрещивания культурных и диких томатов исследователи надеются вывести сорт томатов, отличающийся высокой урожайностью и значительным содержанием 2-тридекалона. Такие растения могли бы успешно постоять за себя в случае нападения насекомых-вредителей.

Кожура плодов лимона, апельсина и грейпфрута может быть использована в качестве сырья для получения инсектицида, уничтожающего домашних мух, муравьев Рихтера, серых кузнечиков, осенних жигалок и других вредных насекомых как при прямом контакте, так и при воздействии на них паров. В связи с тем что ароматный инсектицид из плодов цитрусовых безвреден для теплокровных животных и человека, его можно безбоязненно применять в жилых помещениях и на складах пищевых продуктов.

Настой мелконарезанных листьев белены черной (Hyoscyamus niger) эффективен против тлей, медяниц, растительноядных клопов, а отвар этого растения — против различных гусениц.

С давних пор для борьбы против тлей, медяниц, трипсов, молодых гусениц, личинок рапсового и вишневого пилильщика применяются настои и отвары табака, отходов его переработки. В некоторых случаях, например, против окрыленной яблонной медяницы используется табачная пыль.

Цветущие растения тысячелистника (Alchimilla vulgaris) служат для приготовления настоев и отваров, которые убивают листогрызущих и сосущих вредных насекомых (тлей, медяниц).

Двукратная обработка отваром полыни горькой (Artemisia absinthium) уничтожает почти всех листогрызущих насекомых. Если посадить полынь возле яблонь, то она защитит сад от плодожорки. Аналогичной способностью обладает пижма. Настои полыни и пижмы убивают личинок медяниц, а также тлей.

Против личинок крыжовникового пилильщика, гусениц яблонной плодожорки, колорадского жука используют двух-трехкратное опрыскивание отваром чистотела (Helidonium majus). Настой из свежих листьев этого растения применяют для опрыскивания комнатных растений, пораженных тлями, трипсами и щитовками.

Все части многолетнего полукустарника ежовника безлистного (Anabasis aphylla), произрастающего в полупустынных местностях, содержат алкалоиды. Среди них известностью пользуется анабазин. Он применяется для борьбы с рядом вредителей: тлями, медяницами, трипсами и другими. Обычно используют отвары и настои этого растения.

В растениеводстве находят применение также настои и отвары ботвы картофеля, хрена, конского щавеля, одуванчика, гриба спорыньи, переступня белого, безвременника осеннего, горчака ползучего, паслена черного, живокости высокой, живокости полевой и других растений.

Растения, которых боятся животные, представляют большой интерес для науки. Химики могут выделить из них вещества, которые найдут применение в народном хозяйстве. Эти препараты, возможно, будут действовать несколько слабее применяемых в настоящее время химических органических препаратов. Тем не менее препараты для борьбы с вредными животными, приготовленные из растений, должны найти более широкое применение в практике. Их преимущество перед химическими органическими ядохимикатами заключается в том, что они значительно безвреднее для человека. Кроме того, они легко подвергаются детоксикации в природной среде. Таким образом, недостаток этих препаратов (быстрое прекращение действия) оборачивается явным преимуществом по сравнению с химическими препаратами типа ДДТ, которые накапливаются в организмах и с трудом подвергаются разрушению. В связи с этим препараты из

растений значительно менее нарушают взаимосвязи, существующие в природе. Наконец, эти препараты слабо загрязняют природную среду.

Растения вместо гербицидов

Выделения некоторых растений губительно влияют на другие растения. Их действие можно сравнить с действием хорошо известных и широко применяемых в практике гербицидов, т. е. веществ, уничтожающих сорную растительность.

Хорошо известно, что если оставить семена свеклы в куче под открытым небом, то на этом месте очень длительное время (в течение нескольких лет) ничего не растет. Семена куколя и некоторых других растений из семейства гвоздичных не прорастают на полях, занятых свеклой, поскольку она выделяет вещества, задерживающие их прорастание. Очень сильными гербицидными свойствами обладает юглон, который образуется в листьях грецкого и черного ореха при окислении содержащегося в их листьях гидроюглона. Юглон вымывается из листьев осадками и отравляет появляющуюся под кроной растительность.

Весьма интенсивным гербицидным, бактерицидным и фунгицидным действием обладает агропирен, выделяемый в среду пыреем ползучим. Если из корневищ пырея отогнать эфирное масло, то оно будет содержать около 95 % агропирена. Установлено, что агропирен проникает в корни и листья растений (ржи, пшеницы и др.) и вызывает сначала повреждение кончиков корней, а затем отмирание корневой системы. Проникая в сосуды, он перемещается по растению и отравляет наиболее молодые части растений. Известно, что овес ингибирует рост мака-самосейки. Рожь и пшеница угнетают своими выделениями сорняк ромашку приморскую. Вокруг горчицы редко появляются сорняки. Неудивительно, что при посеве гороха с горчицей урожай гороха повышался в два раза.

Вблизи участка полыни наблюдается угнетение целого ряда растений (фенхеля, шалфея, котовника и др.). Тормозящее действие полыни на соседние растения обусловлено веществами, которые вымываются осадками из листьев. Средн них решающее значение имеет горькое вещество полыни — абсинтин. К выделениям полыни весьма чувствительным оказался сорняк крестовник. Другой сорняк — звездчатка — был менее чувствительным к ним.

Водные вытяжки из сырых и высушенных листьев айланта (китайского ясеня), полученные кипячением, оказывают очень сильное влияние на повилику, паразитирующую на люцерне. На восьмой день после опрыскивания повилика начала отмирать. Люцерна при этом не повреждалась.

Семена катрана выделяют ингибитор роста, который в высоких концентрациях уничтожает растения, а в слабых, наоборот, стимулирует их рост. В опытах А. М. Гродзинского рост листьев и стеблей редиса, ячменя, салата и других растений стимулировался очень слабыми растворами неочищенного ингибитора.

В университете штата Северная Каролина (США) была поставлена задача выяснить возможность биологического подавления овсюга. Согласно опубликованным в 1975 г. данным, водные вытяжки из трех видов ластовника на пять дней задержали прорастание семян сорняка. На 13-й день у опытных растений появились придаточные корни, но нормальный рост корней так и не восстановился. Приведенные факты вселяют надежду на то, что с сорняками можно будет бороться с помощью самих растений.

Губители микробов — антибиотики и фитонциды

Для борьбы с вредными микроорганизмами растения выработали ряд веществ, способных подавлять их деятельность. К таким веществам относятся антибиотики и фитонциды. Что касается антибиотиков, то они хорошо известны читателям. Наиболее популярные антибиотики — пенициллин, стрептомицин, тетрациклин и другие помогают человеку успешно бороться против возбудителей опасных болезней. Антибиотики — это органические вещества, вырабатываемые микроорганизмами. В настоящее время они довольно широко используются в сельском хозяйстве для борьбы с вредной микрофлорой животных.

Антибиотики нашли применение и для борьбы с болезнями растений. В отличие от животных растения чаще поражаются не бактериями, а грибами. В Японии антибиотические препараты бластицидин и касугамицин нашли широкое использование для борьбы с грибковыми заболеваниями риса.

Попадая в почву или водоемы, антибиотики довольно быстро разрушаются. Этим они существенно отличаются от синтетических препаратов, применяемых в сельском хозяйстве. Ученые объясняют быструю деградацию антибиотиков в окружающей среде тем, что их синтез осуществляется при участии ферментных систем. С помощью же ферментов происходит и разрушение антибиотиков. Соединения, синтезированные химиками, часто медленно разрушаются из-за отсутствия у микроорганизмов соответствующих ферментов.

Высшие растения также выделяют вещества, губительно влияющие на микроорганизмы. Это так называемые фитонциды. Выделяя фитонциды, растение создает вокруг себя зону, недоступную для некоторых бактерий и грибов. Неудивительно, что в одном и том же объеме городского и лесного воздуха содержится отнюдь не одинаковое количество микроорганизмов. Большой вклад в изучение фитонцидов внесли работы советского ученого В. П. Токина.

Следует заметить, что еще И. В. Мичурин обратил внимание на роль веществ, выделяемых высшими растениями, в деле защиты их от патогенных микроорганизмов. Он писал, что ржавчина роз — опасное заразное заболевание, вызываемое паразитическим грибком, может быть ликвидировано соком сорной травы молокана из семейства сложноцветных. Одни растения (например, можжевельник) выделяют в атмосферу большое количество летучих, токсичных для многих микроорганизмов веществ. Другие растения (герань, полынь) выделяют в атмосферу ничтожное количество противомикробных веществ, однако тканевые соки этих растений обладают сильным антимикробным действием. Большинство растений выделяет как летучие, так и нелетучие вещества, замедляющие рост микробов или убивающие их (сосна, ель, пихта, черемуха, тополь, дуб).

Водный отвар или настой из корней кровохлебки лекарственной в течение пяти минут убивают микробов, являющихся возбудителями таких заболеваний, как дизентерия, брюшной тиф. Убивают патогенные микроорганизмы человека бактерицидные вещества чеснока, лука, хрена, горчицы, редьки, помидоров, моркови, картофеля, кукурузы, таволги, дикого пиона, ломоноса, красного перца, эвкалипта, тополя серебристого, кизила и многих других растений.

Особенно сильными бактерицидными свойствами обладают лук, чеснок. Эти растения с давних времен применялись в качестве лечебных средств. С их помощью

лечили многие болезни. Лук спасает розы от одного из наиболее опасных грибковых заболеваний — мучнистой росы. Он может быть использован также для борьбы с серой гнилью земляники. Рекомендуется высаживать одно растение лука-батуна на четыре куста земляники. При этом резко снижается заболеваемость ягод не только серой гнилью, но и другими болезнями.

Чеснок защищает розы, гвоздики, гладиолусы и астры от мучнистой росы, черной ножки, черной пятнистости и фузариоза, снижает заболеваемость земляники серой гнилью. В опытах с картофелем было установлено, что фитонциды лука и чеснока быстро убивают патогенный картофельный гриб — фитофтору.

Ученые показали, что одно растение можжевельника выделяет за сутки 30 г летучих веществ. Один гектар можжевельниковых зарослей продуцирует за тот же срок такое количество фитонцидов, которого достаточно для очистки от микробов всех улиц большого города. В три раза уменьшается количество микроорганизмов в помещении, где находится туя. Благодаря фитонцидам, выделяемым зелеными парковыми насаждениями, воздух в парках содержит в 200 раз меньше бактерий, чем на прилегающих улицах.

Учитывая тот факт, что в больших городах, особенно в их старых районах, воздух загрязняется не только химическими веществами, но и микроорганизмами, следует шире использовать для озеленения породы, обладающие ярко выраженными фитонцидными свойствами. Летучие выделения листьев и плодов цитрусовых также способны вызывать гибель бактерий. Если в молоко добавить некоторое количество вытяжки из листьев, апельсиновых корок, то оно будет храниться значительно дольше по сравнению с контрольным образцом молока. Растения настурции выделяют в окружающую среду вещества, отрицательно влияющие на возбудителей фузариоза астр.

В чем значение фитонцидов для растений, выделяющих их? Фитонциды помогают растениям бороться против бактерий и грибов, среди которых могут быть патогенные формы. Таким образом, фитонциды являются одним из факторов невосприимчивости растений к инфекции.

Химическая природа фитонцидов неодинакова. У одних растений это органические кислоты, у других — эфирные масла или алкалоиды. Выяснение их детальной структуры, а также приготовление на их основе препаратов для

борьбы с вредными микроорганизмами, более широкое применение в практике будут способствовать уменьшению загрязнения окружающей среды токсическими веществами, широко применяемыми в настоящее время с этой целью.

Широкое использование растений и препаратов, приготовленных на их основе, для борьбы с вредными животными, сорными растениями и патогенными микроорганизмами может способствовать сокращению использования синтетических ядохимикатов, которые медленно разрушаются и в результате этого накапливаются в биосфере. Это приведет к уменьшению загрязненности атмосферы и гидросферы вредными примесями.

Глава 6. Некоторые проблемы озеленения территорий

Как уже отмечалось, в настоящее время водный и воздушный бассейны все более загрязняются различными ядовитыми веществами. Эти вещества оказывают токсическое действие на человека, животных, растения и полезные микроорганизмы. Борьба с загрязнением окружающей среды должна вестись как при помощи технических усовершенствований, так и активного привлечения растений.

Сказанное не оставляет сомнений в том, что необходимо всячески расширять площади зеленых насаждений. Однако на практике происходит обратный процесс, который обусловлен строительством промышленных предприятий, ростом городов. Не следует ожидать, что тенденция к увеличению площади, отчуждаемой в пользу городов и предприятий, изменит свое направление.

Зеленая поверхность планеты уменьшается не только за счет этих факторов. Она сокращается также в связи с вырубкой лесов, наступлением пустыни, загрязнением Мирового океана нефтью и ядохимикатами, которое сопровождается отмиранием фитопланктона. Все это, безусловно, сказывается на способности атмосферы и гидросферы к самоочищению.

Радикальный выход из сложившейся ситуации заключается в принятии срочных мер, направленных на расширение площади зеленых насаждений во всех уголках земного шара. Озеленять следует даже самый ничтожный клочок суши.

Леса будущего

Важно сажать не просто любую растительность, а именно ту, которая дает наибольший эффект в отношении как продуктивности, так и поддержания постоянства окружающей среды.

На земном шаре леса занимают 31 % всей площади суши. Лесистость нашей страны несколько выше по сравнению с этим показателем и составляет 37 %. До 60-х годов XX в. леса рассматривались в основном как источник получения одного ресурса — древесины. В настоящее время представляется очевидным многоцелевое назначение леса. Он дает около 25 тысяч видов продукции, используемой практически во всех сферах человеческой деятельности. Кроме того, лес создает комфорт для жизни людей, активно защищает почву, воздух и воду от различных неблагоприятных воздействий. Очень правильно сказали о значении леса в жизни современного человека Л. Бауэр и X. Вайничке (1971): «О степени культуры того или иного народа и его культурных достижений теперь судят не по тому, как сильно сокращает он площадь леса, а по тому, как он поддерживает лес, заботится о нем и умножает его запасы».

Единица площади леса дает больше органического вещества, чем пашня. Так, например, 1 га леса накапливает в среднем за год 7 т органического вещества, в то время как такая же площадь пашни — только 6 т. Другие наземные экосистемы (луга, степи, пустыни, полярные зоны) характеризуются еще более низкой продуктивностью.

Между тем площадь лесов на земном шаре постоянно сокращается. Так, с 1947 по 1952 г. она уменьшилась на 22,4 млн га. За последние 200 лет площадь лесов стала меньше в два раза. Жалкая участь постигла тропические леса Бразилии. В результате массовой вырубки леса, повсюду уступающего место пастбищам, происходит заметное изменение климата на юге Бразилии, где теперь нередки опустошительные засухи.

Особую тревогу у экологов вызывает наступление на один из крупнейших зеленых массивов планеты, расположенный вдоль р. Амазонки. Исследователи предостерегают: если не прекратится хищническое уничтожение джунглей р. Амазонки, то через 25 лет они полностью исчезнут. Результатом этого будет эрозия почвенного покрова, резкое уменьшение здесь количества осадков. Между тем продуктивность тропических лесов Южной Америки исключительно велика. Она значительно превосходит продуктивность сельскохозяйственных угодий. В погоне за малой прибылью губится огромное богатство. В настоящее время 40 % влажных тропических лесов Земли уничтожено, а оставшаяся их часть выкорчевывается и выжигается со скоростью 20 га/мин. В Западной Африке площадь джунглей за последнее столетие сократилась с 700 до 190 тыс. км^2. Массовое уничтожение тропических лесов сопровождается развитием эрозии почвы. Ливневые дожди довольно скоро вымывают и уничтожают плодородный гумусовый слой.

Исходя из важнейшей роли растений в жизни людей, правительства ряда стран предпринимают усилия, направленные на увеличение количества зеленых насаждений. Такая работа проводится при активной поддержке населения в Алжирской Народной Демократической Республике. По сообщению национальной координационной комиссии по восстановлению лесов, только с середины декабря 1982 г. по конец января 1983 г. добровольцы-любители природы высадили 3,8 млн. деревьев. Вокруг оазисов создаются зеленые пояса двухкилометровой ширины, укрепляются песчаные дюны.

В небогатой естественными лесами Венгрии на протяжении многих лет предпринимаются значительные усилия по расширению лесных массивов. С 1945 г. их площадь увеличилась на 7 %.

В Бангладеш, северным районам которой угрожает наступление пустыни, ежегодно проводятся кампании посадки лесов. Деревья высаживаются вдоль дамб, рек, каналов. Намечается разработка специальной программы создания лесных массивов на севере страны, призванных преградить путь пустыне.

Во Вьетнаме возникло движение за возрождение лесов. За 20 лет там уже посажено два миллиарда деревьев. Проблема возрождения лесных массивов стоит во Вьетнаме очень остро, ведь США во время своей агрессии с помощью гербицидов уничтожили огромные площади лесов. Ныне значительная их часть восстановлена.

Национальная кампания посадки деревьев проводится в йеменской Арабской Республике.

В результате хищнической эксплуатации лесных богатств Кипра британскими колонизаторами и губительных пожаров некогда зеленый остров в настоящее время покрыт лесами лишь на одной пятой части территории. В проводимой здесь «неделе леса» активное участие принимают школьники, служащие государственных учреждений, члены общественных организаций.

Власти округа Серанг (Индонезия) издали приказ, в соответствии с которым каждый житель о-ва Ява, впервые вступающий в брак, должен посадить плодовое дерево. Желающие развестись сажают по пять деревьев, а вступающие в брак повторно — по три.

Движение за восстановление лесов — главного богатства республики — развернулось в Лаосе. В стране созданы новые лесопитомники по выращиванию тика, эвкалипта, реликтовой сосны, красного дерева и многих других ценных деревьев. Дорогостоящая древесина является одной из важнейших статей лаосского экспорта. Во время агрессивной войны, развязанной США, с помощью гербицидов интервентам удалось уничтожить огромные лесные массивы. Вот почему восстановлению лесов придается в этой стране особое значение.

Не так давно на Филиппинах издан декрет, согласно которому в течение пяти лет каждый житель страны обязан в месяц сажать по дереву. Семья из пяти человек должна за этот срок вырастить минимум 300 деревьев. Тот, кто не выполнит этих указаний, гласит декрет, будет оштрафован или лишен гражданства.

В Эфиопии лучшее время для посадки деревьев — сезон дождей. В эти дни по всей стране десятки тысяч жителей городов и сел принимают участие в субботниках по разведению лесов. За период с 1980 по 1983 г. в различных провинциях страны было посажено около 11 млн молодых деревьев на территории, превышающей 23 тыс. га. Для Эфиопии, как и в целом для Африки, проблема восстановления и обновления лесов имеет жизненно важное значение.

Свыше миллиона молодых саженцев пробкового дуба, эвкалипта, берберской туи, атласского кедра и других ценных пород деревьев было высажено во время месячника защиты деревьев в Марокко. Он проводился по инициативе министерства сельского хозяйства и аграрной реформы. В Марокко большое значение придается увеличению площади лесных угодий, особенно в засушливых районах. Леса здесь — надежное средство защиты полей от эрозии почв, сохранения водоемов, эффективная преграда против наступления песков из пустыни Сахара.

Хотя единица площади леса образует больше органического вещества, чем пашня, однако пашня дает человеку более ценную продукцию, чем лес. В связи с этим необходимо пересмотреть роль леса в жизни современного человека. Поскольку возобновление лесов осуществляется в значительной мере не путем самовосстановления, а в результате искусственного лесоразведения, то во власти человека сделать леса такими, чтобы они давали ему как можно больше ценной продукции. Культурные леса должны, по существу, напоминать плодовые сады. Возделывание лесных культур, использование удобрений и физиологически активных веществ должно резко повысить их продуктивность и способность к очищению атмосферы от вредных примесей.

Мысль о превращении лесов в сады не является принципиально новой. Еще в 1917 г. сибирский лесовод Василий Васильевич Барышевцев в «Лесном журнале» опубликовал статью, в которой выдвинул идею облагораживания таежных кедрачей, подчеркнул связь этой работы с озеленением населенных пунктов и улучшением питания населения.

Опыты ученых подтвердили обоснованность этой идеи. Известно, что в зависимости от погодных и других условий урожай кедровой сосны сильно варьирует. В условиях горных лесов Иркутской области хороший урожай составляет 500–600 кг орехов с 1 га, средний — 200–240 и низкий — 40–80 кг.

Благодаря уходу за древостоем, разрежению и удалению ненужных деревьев в некоторых лесах Томской области удается собирать от 400 до 650 кг орехов, а на отдельных участках — даже более 2 т.

Большими возможностями в деле превращения лесов в высокопродуктивные лесосады располагают селекционеры. Создание новых сортов лесных растений, дающих высокие и устойчивые урожаи, должно содействовать повышению продуктивности лесных насаждений.

Уход за такими лесами и сбор урожая должны быть максимально механизированы. В частности, для сбора шишек кедровой сосны сконструирована машина под названием «Дятел» с пневматической длинной «рукой» для стряхивания шишек.

Положительный опыт эффективного использования леса накоплен работниками лесного хозяйства Волынской области. Это и добыча березового сока, и организованный сбор ягод (клюквы, черники, голубики, ежевики), и заготовка меда, и переработка грибов, и получение хвойно-витаминной муки.

Учитывая то обстоятельство, что урожай дикорастущих растений в сильной степени зависит от погодных условий, работники лесного хозяйства Волынской области создают культурные и полукультурные плантации лесных даров. Они всячески заботятся о неубывающей продуктивности лесов.

Под черноплодной рябиной, калиной, клюквой, облепихой, алычой, малиной, смородиной заняты значительные площади. Плантации клюквы специально обводняются с целью получения устойчивых урожаев.

В странах Восточной и Центральной Европы наряду с шампиньоном широко культивируется пластинчатый гриб вешенка обыкновенная. В волынских лесах его выращивают на отрезках стволов деревьев.

Большая работа в плане эффективного использования лесов проводится в Литве. Институт лесного хозяйства этой республики составил модель леса будущего. Это три основные зоны рационального его использования. В промышленно-эксплуатационной зоне, которая обеспечит в дальнейшем 85 % деловой древесины, предусмотрена мелиорация, посадка быстрорастущих видов деревьев, в частности выведенного дендрологами республики гибрида сибирской лиственницы и прибалтийской сосны. Здесь вводится строгий режим лесозаготовок. Модель эталонного леса промышленного назначения включает в себя оптимальный состав, структуру и густоту. Она позволяет с наименьшей площади леса получать как можно больше продукции.

Особое внимание в Литве уделяется вегетативному размножению деревьев, которые но своим качествам (например высоте, диаметру, красоте кроны) превосходят своих собратьев по виду.

Потомство от таких богатырей, как правило, отличается интенсивным ростом, устойчивостью к вредителям и болезням. Благодаря этому приему производительность лесов можно увеличить на 15–20 %. Площадь лесов в Литовской ССР постепенно растет. В 1940 г. они занимали здесь всего 18 % территории, а по данным на 1982 г., — 26,4 %.

В 1981 г. в бывшей древней столице Японии г. Киото состоялся всемирный конгресс Международного союза лесных исследовательских организаций. Он был посвящен лесам будущего.

На конгрессе отмечалось, что фундаментальной основой лесов будущего являются селекция, генетика и лесное семеноводство, призванные сохранить разнообразие генетического фонда лесов.

В связи с этим следует отметить, что в нашей стране создаются крупные селекционно-семеноводческие комплексы, призванные обеспечить выращивание высокопроизводительных лесов.

Озеленение пустынь

В последние годы человечество все более волнует процесс дезертификации — наступления пустыни. Так, например, Сахара движется в южном направлении, продвигаясь за 1 год на 2–3 км. За последние 50 лет Сахара увеличила свою площадь почти на 1 млн км^2. Это территория, превышающая площадь Франции. Наступление пустыни угрожает многим сельскохозяйственным районам Судана. Граница зоны пустынь смещается к югу с устрашающей скоростью — 6–7 км в год. Ветрами ежегодно уносится около 60 млн т плодородного слоя почвы. Между тем совсем недавно в окрестностях Хартума количество осадков было значительно больше, чем теперь, причина этого — вырубка лесов на топливо для столицы Судана и для флотилии пароходов.

Пески Ливийской пустыни наступают на плодородную дельту Нила со скоростью 13 км в год.

Наступление пустыни грозит, как показывают фотографии, сделанные с искусственных спутников Земли, северным районам Бангладеш. В Индии расширяет свои границы пустыня Тар. В настоящее время Азия превращается в пустыню быстрее чем когда-либо. Особенно это касается таких государств, как Малайзия, Филиппины, Шри-Ланка, Таиланд. Ученые полагают, что если вовремя не принять меры, то к 2000 г. в этом регионе будет уничтожено около 70 % лесов.

При столь интенсивных темпах дезертификация может иметь самые печальные последствия. Это одна из наиболее острых проблем охраны окружающей среды. Для решения проблемы дезертификации необходимо сотрудничество всех государств мира. От того, сумеет ли человечество обуздать наступление пустыни, зависит также и проблема чистоты окружающей среды.

В чем причина дезертификации? По мнению ученых, некоторые пустыни, например Сахара, возникли в результате деятельности человека. Некогда в центре Сахары были влажные леса и болота, на что указывают изображения бегемотов на найденных здесь многочисленных наскальных фресках. В районе Джанета на юге Алжира фрески изображают серповидные тростниковые лодки. Пастушеские племена сожгли леса, а затем многочисленные стада коз и овец погубили пастбища. Так возникла Сахара. Ученые считают, что все пустыни Ближнего Востока также дело рук человека. Склоны гор и равнины Ливана, Сирии, Приморского Египта некогда были покрыты богатой растительностью, среди которой выделялся ливанский кедр, служили житницей Древнего Египта, куда вывозились древесина, зерно, маслины, вино и т. п. Массовая вырубка лесов, уничтожение растительности, вытаптывание пастбищ скотом, водная и ветровая эрозия превратили эти территории в пустыни и полупустыни.

Весомую лепту в опустынивание Африканского континента внесли социальные и политические последствия колониализма, в частности сверхэксплуатация земель, отводившихся под монокультуры в колониальную эпоху. Сохранение плодородия почв мало заботило иноземных хозяев, которые действовали по принципу «после меня хоть потоп». Внедрение на огромных площадях монокультур арахиса, гевеи, ананасов, какао сопровождалось быстрым истощением почв.

В нашей стране пустыни занимают свыше 210 млн. га. Благодаря большой работе, проводимой в области освоения пустынных пространств, площадь их постепенно сокращается. Главной задачей советских специалистов в борьбе с пустыней стали научный прогноз нежелательных последствий нарушения динамического равновесия в засушливых зонах и одновременно разработка средств борьбы с ними. В настоящее время пустыни нашей страны служат местом добычи нефти и газа, угля и золота, производства хлопка и каракуля. Работающие там люди нуждаются в благоприятном микроклимате. Такой микроклимат создают растения. В пустынях сооружены крупные ирригационные каналы и водохранилища, построены промышленные предприятия, проложены дороги, возведены современные прекрасные города, примером которых являются Навои, Шевченко, многочисленные поселки.

Успехи, достигнутые в освоении пустынных пространств в нашей стране, являются хорошим примером для всех других государств мира. Эти успехи, без сомнения, являются результатом нашего строя, планового ведения хозяйства. Они признаны во всем мире. Выражением этого признания является проведение в Туркмении международных курсов по проблеме борьбы с опустыниванием.

Ныне многие развивающиеся страны вынуждены предпринимать различные меры по предотвращению дезертификации. Намечается, например, создание сплошной лесозащитной «зеленой стены» вдоль южной границы Сахары шириной до 90 км. На р. Сенегал запланировано построить две плотины. В Гвинее уже сооружаются плотины Бурейа и Кукутамба. Имеется также целый ряд других проектов, многие из которых будут осуществляться совместными усилиями нескольких стран. Мали, Сенегал, Нигер, Чад и Мавритания образовали постоянный межгосударственный совет по борьбе с засухой. При нем функционирует институт.

Главным препятствием на пути озеленения пустынь является отсутствие воды. Решение водной проблемы пустынных районов возможно несколькими путями. Одним из наиболее эффективных путей обводнения пустынь является строительство оросительных каналов. В настоящее время в нашей стране орошается более 6 млн га, на что уходит почти весь сток двух больших рек — Амударьи и Сырдарьи. С продвижением в глубь пустыни Каракумского канала расширяются площади, занятые посевами хлопчатника, садами из ценных и высокоурожайных сортов яблонь, груш, персиков. Вместе с тем все меньше безводных мест остается в пустыне Каракум, занимающей три четверти территории Туркмении. В настоящее время лесной фонд этой республики составляет почти 10 млн. га. Он включает реликтовые рощи белого и черного саксаула, непролазные тугаи, уникальные фисташковые и арчовые леса. С каждым годом их площадь становится все более значительной.

Для пустынь побережий морей и океанов возможно как непосредственное использование морской воды для орошения, так и предварительное ее опреснение с помощью тех или иных приемов.

Что касается опреснения морской воды, то еще Аристотелю было известно: если морскую воду вскипятить и полученные водяные пары направить на холодный предмет, то сконденсированные капли воды не будут содержать солей. Плиний Старший подробно описал в своих трудах процесс получения на судах пресной воды с помощью перегонного куба.

Читателям, очевидно, известно о положительном опыте работы атомных опреснительных установок г. Шевченко, которые обеспечивают пресной водой жителей многолюдного города, а также нормальный рост обильной зелени. На каждого жителя этого города приходится 45 м^2 насаждений, что значительно больше, чем во многих других городах, расположенных даже в более благоприятных для произрастания растений условиях. В настоящее время опреснители работают более чем в 100 странах мира, расположенных в различных географических зонах.

Опреснение воды возможно не только с использованием атомной энергии, как это делается в г. Шевченко, но и различными другими способами: электродиализом, обратным осмосом, с помощью установок, работающих на энергии ветра и солнца, путем вымораживания и т. д. Опреснительные установки, работающие на солнечной энергии, позволяют получать из минерализованной воды артезианских скважин более 5 м^3 дистиллята в сутки. Подобная солнечная опреснительная установка может использоваться на животноводческих фермах для обеспечения пресной водой сельскохозяйственных животных.

Опреснение воды с помощью электродиализа и обратного осмоса основано на отделении воды от солей с помощью полупроницаемых мембран. При электродиализе ионы солей удаляются из воды под действием электрического тока, а при обратном осмосе молекулы воды продавливаются через полупроницаемую мембрану с помощью высокого давления. Ионы солей при этом задерживаются мембраной. В последние годы обратноосмотический способ опреснения воды признан перспективным и интенсивно разрабатывается. Дело в том, что при опреснении воды, связанном с ее испарением, происходит изменение структурированности воды, а это, как убедительно показано в последние годы, оказывает влияние на живые организмы. Мембранная технология опреснения представляется более совершенной по той причине, что оказывает менее заметное влияние на структурированность воды. В настоящее время построены опреснители мембранного типа, способные давать за сутки 100 тыс. л чистой воды. Созданы также опреснители, которые могут быть использованы владельцами приусадебных участков. Пакет мембран для такого опреснителя умещается в портфеле.

В Индии в течение ряда лет проводились эксперименты по выяснению возможности полива культурных растений морской водой. Результаты этих экспериментов показывают, что в принципе культурные растения можно поливать морской водой, однако урожай их падает в результате отрицательного влияния солей, содержащихся в морской воде.

Среди культурных растений имеются виды, являющиеся достаточно устойчивыми к засолению почв (например, хлопчатник, сахарная свекла). В Индии около 10 млн. га представлены приморскими дюнами. Ученые полагают, что их орошение морской водой даже при низкой урожайности зерновых позволит получать более 2 млн т зерна.

Использовать морскую воду для полива можно лишь тогда, когда растения достаточно развиты. В молодом возрасте их нужно снабжать пресной водой. Правда, молодой возраст растений совпадает с весной, когда возможно выпадение осадков в виде дождя.

Для целей обводнения пустынь могут быть использованы воды подземных источников. Запасы такой воды в некоторых местах огромны. Советские ученые-гидрогеологи предложили принципиально новую систему строительства мелиоративных сооружений. Обычно воду подземных источников, используемую для орошения, поднимают на поверхность с помощью насосов. К сожалению, такой способ орошения сельскохозяйственных культур имеет очень низкий коэффициент действия. Лишь небольшое количество воды при поливе сверху потребляется растениями. Большая же часть ее испаряется с поверхности почвы или просачивается в глубь ее, унося с собой внесенные человеком удобрения, которые в этом случае загрязняют подземные водные источники, реки и озера. Согласно новой системе использования подземных вод для орошения, предусматривается перекрытие водоносных горизонтов с помощью подземных плотин, так называемых противофильтрационных завес. Благодаря этому создаются подземные водохранилища, уровень которых устанавливается в зависимости от потребностей мелиорации. Повышение уровня грунтовых вод позволяет обеспечить потребности растений в воде.

Следует отметить, что вода подземных морей нередко содержит высокую концентрацию солей. В Институте пустынь АН Туркменской ССР создана лаборатория, в задачу которой входит изучение использования в сельском хозяйстве минерализованных вод: дренажных, морских, подземных. Еще в 50-х годах XX в. в Средней Азии начали пробовать орошать минерализованной водой овощи, бахчевые культуры, люцерну. Было установлено, что присутствие в 1 л воды 5 г солей не оказывает особо сильного влияния на растения. Аналогичные результаты были получены в Алжире и Тунисе. Тогда начались эксперименты на п-ове Кызылсу Красноводского залива по орошению растений соленой водой Каспийского моря. Результаты опытов оказались обнадеживающими.

Один из путей, ведущих к озеленению пустынь, может быть связан с введением в почву особых веществ, способных удерживать влагу. Дело в том, что опустынивание происходит не столько из-за недостатка осадков, сколько из-за потери почвой способности удерживать влагу, поскольку она содержит большое количество песка. Английский изобретатель Аллан Кук разработал метод восстановления растительности в засушливых районах при помощи порошкообразного полиакриламида, названного агросоком. Это вещество способно поглощать воду в количествах, в 40 раз превышающих его собственную массу. В ходе испытаний, проведенных сельскохозяйственной научно-исследовательской экспериментальной станцией в Исмаилии (Египет), введение в 1 м^3 почвы 3 кг агросока привело к тому, что растения подсолнечника нормально развивались даже в том случае, если они получали лишь треть необходимого количества влаги. В Японии для увеличения водоудерживающей способности почвы вместо полиакриламида стали использовать мякину, образующуюся после очистки риса-падди.

Перспективными в плане обводнения пустыни являются исследования в области целенаправленного воздействия на метеорологические явления. С целью стимулирования развития облачности и образования осадков в настоящее время используются твердая углекислота, йодистые соединения серебра и свинца и другие соединения, рассеиваемые с помощью разнообразных устройств, действующих с самолетов, или специальными ракетами и снарядами, посылаемыми с земли (Федоров, 1977). Однако на пути практического использования этой идеи много трудностей.

В некоторых случаях, когда добыть воду все же не удается, прибегают к транспортировке ее из других мест. Для водоснабжения приморских городов и промышленных предприятий, расположенных в пустынях, нередко используют танкеры. Объединенные Арабские Эмираты, поставляющие в Японию большое количество нефти, намерены возвращать танкеры не с обычным балластом, а с дождевой водой, собранной на одном из японских островов. Эту воду предполагается использовать для озеленения пустынного о-ва Дальма.

Есть и другой путь озеленения пустыни, не связанный с ее обводнением. Не следует думать, что пустыня представляет собой территорию, полностью лишенную растительности. В Казахстане, например, в пустыне между Каспийским и Аральским морями на площади 30 тыс. га произрастает саксауловый лес. Повышенный интерес специалистов он вызывает тем, что вырос почти на «лунном» грунте. Каменистая почва в этих краях сильно засолена, а редкие дожди испаряются, не успев упасть на землю. Перепад летних и зимних температур очень велик: в августе стоит 50-градусная жара, а в январе случаются 40-градусные морозы. Успешному произрастанию саксаула в этих условиях способствует мощная корневая система, уходящая на глубину 20–30 м до уровня грунтовых вод.

Саксаул может стать надежной преградой на пути движущихся барханов. В нашей стране создается 800-километровая лесная полоса, которая должна остановить продвижение вперед пустыни Муюнкум. Саксаул закрепляет почву, сдерживает наступление песков на оазисы. В частности, он ограждает Бухарский оазис. Растение имеет целый ряд достоинств: его древесина очень крепкая, плотная, при горении выделяет много тепла. Костер из саксауловых ветвей горит ярко и бездымно. Молодые побеги растения служат кормом для овец, джейранов и верблюдов. Вот почему семена этого растения ежегодно высеваются с самолетов на тысячах гектаров сыпучих песков.

Саксаул относится к семейству маревых. В последние годы целый ряд однолетних и многолетних видов этого семейства все шире вводится в культуру с целью создания искусственных и улучшения естественных пастбищ в засушливых областях нашей страны. Это, например, солянка Рихтера (Salsola richteri) и солянка Палецкого (Salsola paletzkiana). В Средней Азии в больших масштабах выращивается изень (Kochia prostrata), являющийся излюбленным кормом для верблюдов. Этот вид получил широкое признание как пастбищное кормовое растение. Он был интродуцирован в Аргентину, США и Египет.

Пустынная растительность нашей страны обеспечивает существование поголовья овец, насчитывающее десяток миллионов животных. Однако пустынные пастбища имеют ряд серьезных недостатков: низкая урожайность, резкие колебания урожая по годам и сезонам. Исследования советских ученых, выполненные под руководством Н. Т. Нечаевой, показали, что в условиях резко колеблющихся значений метеорологических факторов, характерных для среднеазиатских пустынь, наиболее устойчивыми и продуктивными являются пастбища, растительный покров которых состоит из кустарников, полукустарников и многолетних трав. Так наметился путь коренного улучшения пустынных пастбищ и восстановления продуктивности территорий, обедненных интенсивным выпасом скота, заключающийся в посеве наиболее ценных в кормовом отношении трав и подсева к травянистым сообществам полукустарниковых и кустарниковых фитомелиораторов.

Ученые разработали систему предпосевной обработки почвы, подобрали растения, которые не конкурировали бы друг с другом, обеспечивали бы высокий и стабильный урожай в условиях пустыни. Благодаря этому урожайность кормов на искусственно созданных пастбищах в 3–5 раз выше, чем на естественных, а чистая прибыль со 100 га больше в 4—10 раз. Новые пастбища, созданные человеком, способны служить в течение 30–40 лет без всякого ухода.

Следует особо подчеркнуть, что создание таких пастбищ достигается без орошения и применения удобрений. Коренная реконструкция растительного покрова, резкое увеличение урожайности кормовых трав, предотвращение дезертификации осуществляются исключительно за счет целенаправленного использования уже имеющихся резервов влаги и питательных веществ в почве.

Положительные тенденции в деле преобразования природы пустынь, которых удалось добиться в нашей стране, подтверждаются результатами космических исследований. Фотоинформация, получаемая с космических летательных аппаратов, позволяет составить прогнозную карту динамики развития пустынь в зоне влияния Каракумского канала. Из этой карты видно, что к 2000 г. более чем на половине площади Каракумов ветровая эрозия существенно уменьшится. На пустынных пастбищах уже сейчас наблюдается явная тенденция к повышению продуктивности. Это прямой результат мероприятий, направленных на улучшение растительного мира пустынь.

Озеленение пустынь должно, очевидно, идти не только по пути использования местной флоры, но и привлекая интродуценты, которые служили бы не только кормом для животных, но и давали бы людям другие блага.

В северо-западной Мексике и на юго-востоке США произрастает вечнозеленый кустарник высотой 1–2 м (иногда до 3–5 м) с мелкими жесткими листочками серо-голубого цвета — симмондсия китайская (Simmondsia chinensis), местное название которого хохоба. Видовое название хохобе дано немецким ботаником Иоганном Линком ошибочно: растение в Китае вовсе не встречается. Оно является чрезвычайно засухоустойчивым и может произрастать в местностях, где в год выпадает лишь 70–80 мм осадков при дневной температуре +45°. В связи с этим хохоба с успехом может культивироваться в пустынях.

Интенсивность роста растения довольно значительна: в год оно вырастает на 30 см. На третьем году жизни симмондсия начинает плодоносить. Полную силу она набирает через 9—10 лет после посадки. Как и в случае саксаула, успешно произрастающего в пустынях Средней Азии, исключительная засухоустойчивость хохобы объясняется наличием сильно развитой корневой системы, достигающей 30-метровой длины. Растение требует некоторого количества влаги только в течение зимы и весны, когда цветет и плодоносит.

Симмондсия была известна жителям Центральной Америки очень давно. Семена ее использовались в пищу и в качестве корма для сельскохозяйственных животных. Испанский миссионер Хуниперо Серра в 1769 г. в своих записках об образе жизни индейцев, населявших территорию нынешней Калифорнии, упомянул о соке хохобы как средстве для заживления ран. Однако только сейчас человек по достоинству оценил исключительно высокую засухоустойчивость, солеустойчивость и другие ценные качества симмондсии. Главное богатство хохобы — ароматный, золотистого цвета сок, добываемый из толстых мясистых семядолей, который по своим свойствам и химическому составу имеет много общего со спермацетом — веществом, добываемым из жидкого животного воска, источником получения которого является голова кашалота. В связи с тем, что в США спермацет причислен к числу стратегических материалов, разведению хохобы придается там особое значение. Это ценное сырье для фармацевтической и косметической промышленности. Сок хохобы идет на изготовление духов и натуральных кремов для кожи. Кроме того, сок используется для смазки машин и механизмов, идет на изготовление пластиков.

Ценность хохобы настолько велика, что Организация Объединенных Наций выделила средства на проведение экспериментов по выращиванию этого растения в некоторых странах Африканского континента. В 1982 г. в Судане состоялся международный семинар, в котором участвовало 27 африканских и арабских стран. На нем обсуждались результаты экспериментов по выращиванию симмондсии и перспективах ее использования. Ныне интенсивным разведением хохобы занимаются в Мексике, США, в ряде стран Южной Америки, в странах Сахельской зоны Африки, на Ближнем Востоке, в Индии и в Австралии. Одно из главных достоинств хохобы — способность расти там, где вообще ничего не растет. Это прекрасное средство закрепления почв и борьбы с дезертификацией.

Для озеленения пустынь и полупустынь могут быть использованы и растения, специально созданные селекционерами. В засоленных полупустынях казахстанского Семиречья успешно произрастают турангово-тополевые гибриды, полученные учеными Казахского сельскохозяйственного института. Рощи этих растений созданы на бесплодных массивах южнее оз. Балхаш, где с трудом произрастает даже полынь. За год деревья прибавляют в росте на 3 м, а диаметр стволов увеличивается на 4–5 см.

Главной причиной появления пустынь, как мы уже отмечали, является массовое уничтожение лесной растительности, вытаптывание и уничтожение травостоя пастбищ скотом. Следовательно, основной путь освоения пустынь и полупустынь — восстановление растительного покрова их территорий.

Озеленение горных склонов

Горные районы нашей страны отличаются друг от друга уровнем облесенности. Если в Восточной Сибири и на Дальнем Востоке лесистость составляет 30–40 %, то в Крыму, Армении и Азербайджане лишь 2—15 %. Еще меньше лесов в республиках Средней Азии (в Таджикистане — 1,77 %, в Узбекистане — 1,58 %, а в Туркменистане даже 0,83 %). Приведенные цифры показывают, что в ряде мест нашей страны малолесные и безлесные горные пространства занимают значительные площади. Между тем горные леса являются весьма надежным средством борьбы с водной эрозией.

Обезлесивание горных склонов, как отмечает В. А. Ковда (1977), сопровождалось исчезновением маленьких речек и потоков, понижением уровня грунтовых вод. Остановить развитие этих крайне нежелательных процессов позволяет горное лесоразведение. Горные леса регулируют и задерживают поверхностный сток, предотвращают размыв почвогрунтов, предохраняют водоемы от заиления и загрязнения продуктами стока. Они препятствуют образованию оползней, снежных лавин и селевых потоков. Система горно-мелиоративных работ улучшает режим рек, увеличивает дебит водных источников, помогает решить проблему вовлечения в сельскохозяйственный оборот непродуктивно используемых земель.

Первые террасы были сооружены в Средней Азии около ста лет назад в юго-западных отрогах Зеравшанского хребта. Они занимали всего 33 га. Однако уже эти первые опыты показали высокую эффективность террасирования горных склонов. В настоящее время в Таджикистане искусственные лесопосадки занимают около 60 тыс. га. Террасирование превратилось в специальную отрасль горного земледелия.

Каждая терраса нарезается под определенным углом в сторону горы. Это позволяет задерживать осадки, которые снабжают влагой растения, предотвращает смыв почвы. Для успешного произрастания растений на террасах применяется особая система подготовки почвы. Полотно террасы рыхлят специальными культиваторами и рыхлителями.

Активное наступление на горные склоны стало возможным благодаря появлению мощной техники, обеспечивающей механизированный посев и посадки деревьев, уход за молодыми насаждениями. Проблема механизации лесохозяйственных работ в горах была успешно решена в нашей стране во второй половине 50-х годов. К настоящему времени в республиках Средней Азии, Украинской ССР и Российской Федерации накоплен значительный опыт комплексной механизации при создании лесных насаждений в горных условиях.

Горное земледелие имеет широкие перспективы. Только в Гиссарской и Кулябской природных зонах под сады и виноградники можно освоить 350 тыс. га земель горных склонов. В горах Северной Осетии специалисты Северо-кавказского НИИ горного и предгорного сельского хозяйства выявили около 50 тыс. га земель, пригодных для сельскохозяйственного освоения. Таких угодий немало и в других областях, краях и республиках Северного Кавказа. На них можно закладывать специализированные фруктовые плантации. Горные склоны могут украсить такие растения, как акация, айлант, карагач, фисташка, сосна эльдарская, эвкоммия, хурма кавказская и другие ценные породы деревьев и кустарников.

Разумеется, в горных районах должны выращиваться не только дикорастущие древесные растения, фруктовые и орехоплодные культуры, но также возделываться пастбища и пашня. По мнению ученых, между лесом, пастбищами и пашней в разных зонах горного пояса должны быть свои, наиболее оптимальные соотношения. Так, например, на равнинах оптимальным считается следующее соотношение: лесные насаждения — 5—10 %, пастбища и многолетние культуры — 50–60 %, пашня для однолетних культур — 30–35 %. В предгорных районах облесенность должна быть на уровне 10–15 %, а в горно-лесной зоне желательная лесистость должна составлять 60–65 % и лишь 20–25 % могут быть заняты травами и многолетними насаждениями. Однако эти предложения еще не реализованы. По этой причине Кавказ сильно страдает от эрозии почв.

Озеленение побережий водоемов

Хорошо известна водоохранная роль леса. Для поддержания полноводности рек по их берегам оставляется четырехкилометровая полоса леса. В настоящее время в связи с интенсивным загрязнением рек и других водоемов удобрениями и ядохимикатами, смываемыми с полей, возникла необходимость в защите вод от этих соединений.

Самым надежным барьером на пути загрязнения водоемов вредными веществами, источником которых служит сельское хозяйство, являются растения. Ученые отдела географии и Института ботаники АН Литовской ССР при участии Литовского научно-исследовательского института лесного хозяйства разработали рекомендации, согласно которым вдоль всех, даже самых мелких, рек и ручьев должны быть осуществлены посадки лесной растительности в непосредственной близости от воды. Именно здесь происходит основная фильтрация стоков.

Особого внимания заслуживает озеленение питьевых водохранилищ. Для предотвращения поступления в водохранилища со сточными водами вредных веществ вокруг них выращивается санитарно-защитная полоса шириной 50—100 м. В целях создания наилучших санитарно-гигиенических условий в защитной зоне питьевых водохранилищ в ассортимент древесно-кустарниковых растений, где это возможно, включаются не менее 50–60 % хвойных пород. Кроме того, со стороны водохранилища ученые рекомендуют создавать 2—3-рядную опушку из ели.

Установлено, что лесные насаждения оказывают положительное влияние на повышение качества воды, и прежде всего на органолептические свойства (запах, вкус, прозрачность, цветность), химический состав, бактериологические показатели. Органолептические свойства воды, прошедшей через лесную полосу, значительно выше, чем воды, не прошедшей через нее.

В связи с этим в нашей стране большое внимание уделяется озеленению различных водоемов, в том числе водохранилищ. Более 5 тыс. га защитных насаждений создано по берегам Куйбышевского водохранилища. Наибольшее распространение здесь получили сосновые, лиственнично-дубовые, дубово-березовые и березово-еловые посадки. По берегам Волгоградского водохранилища защитные насаждения занимают площадь около 11 тыс. га. Агромелиоративные посадки в прибрежной зоне Каховского водохранилища надежно препятствуют его заилению и загрязнению продуктами стока.

Около 6,8 тыс. га защитных лесонасаждений создано вокруг Днепровского водохранилища им. В. И. Ленина. Вокруг Каттакурганского водохранилища в Средней Азии лесные посадки занимают более 3 тыс. га. Здесь успешно произрастают фисташка обыкновенная, акация белая, вяз перисто-ветвистый, айлант, маклюра обыкновенная, шелковица, миндаль, ясень зеленый и другие культуры.

Особое значение имеет растительность, произрастающая по берегам каналов. Она облегчает их эксплуатацию, предотвращает засорение и загрязнение продуктами стока. Ширина защитных лесонасаждений вдоль транспортных и крупных магистральных каналов обычно находится в пределах 10–30 м с каждой стороны канала. Значительно большей ширины (50—100 м) закладываются защитные насаждения по берегам каналов, где наблюдается повышенная фильтрация или подпор грунтовых вод (Николаенко, 1980). Эти насаждения создаются из влаголюбивых пород, обладающих повышенной транспирацией, и имеют в основном дренирующее значение.

Посадки вдоль Северокрымского магистрального канала отличаются большим разнообразием. Они состоят в основном из акации белой, вяза мелколистного, тополя пирамидального, гледичии, софоры, айланта, маклюры, лоха узколистного, тамарисков, скумпии, смородины золотистой. Заложены там также садовые насаждения из ореха грецкого и груши лесной (Николаенко, 1980). Лесные насаждения благоприятно сказываются на химическом составе воды, протекающей через них. Они резко сокращают содержание в воде пестицидов, аммиака, нитратов и нитритов, являющихся широко распространенными загрязнителями воды.

Особо следует сказать о бактериологическом составе воды. Так, например, количество бактерий кишечной палочки в 1 л воды, прошедшей через лесную полосу шириной в 30–45 м, было в два раза меньше, чем в воде с открытых площадей.

Озеленение дорог

Защитные полосы высаживаются вдоль железных и шоссейных дорог. Их назначение заключается в снего- и пескозадержании, которое предотвращает занос полотна снегом или песком. Кроме того, они имеют ветроломное, водорегулирующее и эстетическое значение.

Исследования, проведенные в ГДР и США, показали, что на озелененных дорогах гораздо меньше бывает аварий. Ученые полагают, что это связано с благоприятным влиянием зелени на психику людей, на внутриглазное давление, слух и кровообращение.

В пользу создания таких полос свидетельствует тот факт, что растения, растущие вдоль дорог, задерживают комплекс вредных веществ, выделяемых автомобилями. В этой связи представляется совершенно ненормальным, когда почва распахивается вплоть до самого полотна автомобильной дороги с интенсивным движением. Токсические вещества, выделяемые автомобилями, могут накапливаться в высеваемых культурных растениях, а затем поступать вместе с пищей в организм человека.

По этой причине целесообразно высаживать вдоль дорог древесные и кустарниковые растения, обладающие ярко выраженной способностью поглощать вредные вещества. Примером таких растений являются тополь бальзамический, дерен белый и др.

Неясным остается вопрос о том, какой должна быть защитная полоса вдоль автомобильной дороги. Дело в том, что поглощение вредных веществ растениями происходит довольно медленно, поэтому плотные посадки вдоль автотрассы могут способствовать повышению концентрации вредных веществ непосредственно над дорогой, а это может вредно сказываться на здоровье водителей автотранспорта и пассажиров.

Исследования, проведенные в Киевском научно-исследовательском институте общей и коммунальной гигиены, показали, что загазованность воздуха над полотном автодороги зависит от характера насаждений. Там, где дорога проходит среди полей или окаймлена редко посаженными деревьями без кустарников, содержание окиси углерода составляло 22,5—24,3 мг/м^3. Когда же деревья были посажены плотно, в шесть рядов, вместе с кустарниками, концентрация угарного газа повышалась, причем тем больше, чем ближе к дороге находилась защитная, полоса. Если насаждения были расположены на расстоянии 35–40 м от проезжей части дороги, то количество угарного газа составляло до 28,1 мг/м^3. В случае же выращивания деревьев в непосредственной близости от дороги концентрация была значительно выше — 43,4 мг/м^3. Причина этого очевидна: плотная стена посадок задерживает ветер, в результате чего проезжая часть дороги плохо вентилируется.

Современная автомобильная дорога представляет собой сложную систему технических сооружений, предназначенных для обеспечения высоких скоростей, интенсивного и безопасного движения. Она включает здания дорожных участков, дорожно-ремонтных пунктов, дома для рабочих и служащих, станции и пункты технического обслуживания.

Главными задачами озеленения комплексов дорожных зданий является вписание комплекса зданий и сооружений в единый архитектурно-художественный ансамбль, эстетическое оформление территории комплекса, защита комплекса от неблагоприятных климатических факторов и влияния проходящего транспорта, использование зеленых насаждений в хозяйственных целях и др.

С учетом перечисленных задач Р. И. Бурда (1976) выделяет следующие функциональные участки озеленения: санитарно-защитная зона, зона жилых и административных зданий, зона технических зданий и сооружений.

Зеленые насаждения санитарно-защитной зоны создают естественную границу комплекса и защищают его от неблагоприятных климатических факторов и вредного влияния дороги. Насаждения размещаются здесь следующим образом (в направлении от дороги к комплексу): первый ряд — живая изгородь из кустарника (бирючина обыкновенная, свидина обыкновенная, кизильники); затем идет 3—5-метровая полоса обычного газона из костра безостого, житняка гребенчатого, пырея бескорневищного (1:1:1); второй ряд — живая изгородь из красиво цветущих кустарников (спиреи ван-Гутта, Биллиарда, Бумальда, чубушник, форзиция и др.); третий ряд — деревья с густой кроной (клен остролистный) с междурядьями 5 м и расстоянием в ряду 4 м; четвертый ряд — деревья с густой кроной и кустарники с расстоянием в ряду 3 м и междурядьем 5 м (клен остролистный, скумпия); пятый ряд повторяет третий, а шестой ряд — четвертый с 5—7-метровой полосой обычного газона между ними; седьмой ряд — деревья с густой кроной, но более высокие, чем в третьем — шестом рядах (тополь черный, тополь канадский и др.); восьмой ряд — плодовые деревья (вишня обыкновенная, яблоня, абрикос и др.). Газон шириной 10–20 м из овсяницы луговой с ландшафтно-декоративными группами деревьев и кустарников и пятнами многолетних цветников создают переход к зоне жилых и административных зданий.

Зона жилых и административных зданий связана с постоянным пребыванием в ней людей. Ее насаждения находятся в тесной связи с архитектурой зданий. Наибольшая декоративность достигается путем создания партерных газонов, красочных садов-розариев, скальных садов и цветников, широким применением вьющихся растений. Здесь наиболее уместны декоративные деревья с крупной красивой кроной (дуб обыкновенный и красный, орех грецкий, черный и серый, каштан конский), красивые формы декоративных деревьев (ива белая, форма плакучая; рябина обыкновенная, форма плакучая), контрастные по окраске с нежно-зеленым газоном хвойные деревья (ель колючая, форма голубая; можжевельник виргинский; сосна обыкновенная и крымская); ярко и обильно цветущие кустарники (форзиция, спиреи, айва японская, сирень, вишня войлочная и др.) хорошо сочетаются с партерным газоном.

Перечисленные насаждения, как полагает Р. И. Бурда (1976), создадут не только декоративность, но и будут улучшать санитарно-гигиенические условия, регулируя газообмен и температуру воздуха, выделяя фитонциды, поглощая токсические примеси, выделяемые автомобильным транспортом.

Зеленые насаждения зоны технических зданий и сооружений не должны нарушать производственный процесс. Они призваны обеспечить надежную изоляцию жилых домов, создавать благоприятную обстановку для труда. В условиях загрязнения, связанного с ремонтом и эксплуатацией автомобилей и дорожных механизмов, здесь должны высаживаться растения, обладающие высокой пыле- и газоулавливающей, а также шумопоглощающей способностью (густая крона, большая листовая поверхность). Размещаются насаждения таким образом, чтобы предусмотреть восходящий отток воздуха и препятствовать проникновению его на территории предыдущих зон.

Все эти зоны комплекса, размещающиеся на площади 1—15 га, выделяются условно. Зеленые насаждения помогают создать единый облик комплекса, придавая ему специфичность и неповторимость.

Озеленение городов

В нашей стране города занимают около 1 % территории. В них проживает примерно 65 % населения. От состояния окружающей среды все в большей степени зависит деятельность населения городов, его досуг. В связи с этим в нашей стране все большее значение придается озеленению городов. Одним из важнейших элементов их зеленого наряда являются леса и парки, расположенные, как правило, на городских окраинах. Прекрасны подмосковные леса — излюбленное место отдыха многих москвичей.

Следует, однако, иметь в виду, что леса и парки на окраинах города не могут удовлетворить всех его жителей. Очень часто у людей не хватает времени, чтобы добраться до них. Кроме того, многие пожилые люди но состоянию своего здоровья не могут позволить себе более или менее длительную поездку за город. Вот почему наряду с крупными зелеными массивами, расположенными на окраине больших городов, должны быть небольшие зеленые оазисы в 10–15 минутах ходьбы от дома. Значение их очень велико. Они позволяют снять нервное напряжение, создают условия для занятий спортом.

В связи с тем, что одной из важнейших функций зеленых насаждений городов, наряду с рекреационной, структурно-планировочной и декоративно-художественной, является санитарно-гигиеническая, заключающаяся в очистке окружающей среды от токсических веществ, для озеленения городов следует отбирать такие растения, которые не только декоративны, но и способны активно поглощать вредные газы, адсорбировать пыль.

Недопустимым является такое положение, когда территории школ, детских дошкольных учреждений, больниц полностью лишены растительности. В Гагаринском районе столицы детские дошкольные учреждения по предложению секции озеленения и охраны зеленых насаждений Московского городского общества охраны природы отделены от оживленных магистралей трехъярусными растительными барьерами.

Озеленение городов должно быть разнообразным: парки, скверы, небольшие цветники, длинные бульвары, тянущиеся через весь город, висячие сады между высокими зданиями, живые цветы, свешивающиеся из балконных и подоконных ящиков, микросады в лоджиях и т. д. Исследователи из западногерманского г. Касселя разрабатывают даже проекты домов, на крышах которых будет уложен слой почвы, предназначенной для выращивания растений. Такой способ использования крыш домов представляется чрезвычайно перспективным. Ведь здесь создаются особенно благоприятные для роста растений условия освещенности и температуры. Потоки теплого воздуха, поднимающиеся от нагретых солнцем стен и из окон квартир, создают на крышах домов особый микроклимат. При озеленении не обязательно засыпать крыши домов почвой. Растения нетрудно выращивать в бетонированных ящиках методом гидропоники. Если на крышах соорудить оригинальные по форме покрытия из стекла или какого-то другого прозрачного материала, дома будут увенчаны своеобразными теплицами и оранжереями, где могли бы в меру своих сил и возможностей трудиться пенсионеры — жители этих домов. Их досуг был бы заполнен приятными заботами по выращиванию декоративных, овощных, ягодных и других растений. Таким образом, освоение крыш домов под зеленые насаждения помимо экологической значимости имеет еще социальное и определенное экономическое значение.

В связи с тем, что хвойные растения отличаются от лиственных меньшей устойчивостью к загрязнителям окружающей среды, в некоторых городах полностью заменяют насаждения хвойных лиственными породами. Это, как нам кажется, неправильно. Во-первых, хвойные растения обладают повышенными декоративными достоинствами, поэтому они играют важную роль в создании садово-парковых ансамблей. Большинство их относится к вечнозеленым растениям, что еще более повышает их роль в озеленении городов, особенно расположенных в зоне умеренного климата. Благодаря тому, что хвойные являются вечнозелеными растениями, они имеют важное значение для очистки воздуха городов от пыли и вредных газов в зимнее время, когда концентрация этих веществ наиболее высока. Установлено, что хвойные деревья поглощают сернистый газ из атмосферы даже при температуре —6°. Во-вторых, среди хвойных растений имеются такие, которые обладают сравнительно высокой устойчивостью к фитотоксикантам (сосна черная, сизые и серебристые формы ели колючей, ель Энгельмана). Ценной породой для озеленения городов является дугласия сизая. Она также устойчива к дыму и газам, очень декоративна. Устойчивость хвойных пород может быть повышена как путем выведения новых форм, так и в результате отбора устойчивых растений среди обычных видов. Возможности селекционеров в отношении выведения высокоустойчивых хвойных растений далеко не исчерпаны.

Большое значение для успешного выращивания растений в городах имеет способ их посадки при озеленении. Нередко на улицах наших городов можно встретить липы и тополя, отстоящие друг от друга на значительном расстоянии. Такие посадки не имеют существенного значения для очистки воздуха от вредных примесей, ибо эти растения сами сильно повреждаются ими, листья их запыленные, со множеством некротических пятен. Мало пользы от таких посадок и в эстетическом плане.

Совершенно иную картину представляют собой плотные посадки деревьев и кустарников при наличии вдоль улицы газонов. Здесь совершенно иная растительность с сочными ярко-зелеными листьями.

Ну а как быть в тех местах, где вследствие старой планировки невозможно озеленить улицы многорядными посадками? В этом случае также можно сделать многое за счет вертикального озеленения, которое в наших городах почему-то мало распространено. Вьющиеся и лазящие растения могли бы очень эффектно украсить стены домов, защитить их жителей от шума, пыли и вредных газов. Необходимо, чтобы каждый человек понимал важность озеленения, что от того, сколько около его дома растет растений, зависит его собственное здоровье.

В нашей стране, как нигде в мире, строится много прекрасных домов для трудящихся. Однако многие ли из жителей этих домов позаботились о том, чтобы каждый балкон был занят растительностью, украшен красивыми цветами? Следует подумать над озеленением любого, даже самого ничтожного клочка земли, каждый фонарный столб можно скрыть в гуще растительности.

Большой ущерб растениям наносится нередко при обрезке деревьев. При этом зачастую уничтожается буквально вся крона дерева и остаются грубые, корявые обрезки, которые очень не скоро скрываются в гуще зелени. Но самое главное не в этом и даже не в том, что поверхность поврежденных растений становится воротами для инфекции. Большинство городов нашей страны расположено в таких широтах, где деревья распускаются сравнительно поздно. Применяемая в настоящее время обрезка деревьев еще более задерживает появление листвы, способной улавливать пыль и вредные газообразные примеси. К тому же появляющиеся робкие побеги вместо мощной кроны не могут сыграть заметную роль в очистке окружающей среды. Изложенное не оставляет сомнений в необходимости категорического пресечения там, где это не является необходимым, обрезки деревьев.

Один из аргументов в пользу необходимости обрезки деревьев связан с тем, что тополя в ее отсутствие зацветают и пух засоряет город. Этот аргумент не является серьезным. Тополя, как известно, относятся к двудомным растениям. «Пылят» женские экземпляры растений. Превентивная обрезка растений, как показали наблюдения ученых, приводит к сдвигу пола тополя в женскую сторону. Иными словами, обрезая растения, мы увеличиваем число женских экземпляров тополя, засоряющих город пухом. Следует также иметь в виду, что физиологи растений разработали специальные, весьма эффективные приемы химического торможения цветения тополей.

При создании зеленых зон городов нередко используются гербициды и инсектициды с целью защиты зеленых насаждений от сорных трав и вредных насекомых. Возникает парадоксальная ситуация: растения высаживаются для того, чтобы сделать окружающую человека среду более оптимальной, а на самом деле это приводит к загрязнению ее опасными токсическими примесями.

На улицы промышленно развитых городов должны высаживаться не метровые прутики, приобретающие способность очищать воздух от вредных веществ через десятки лет, а взрослые, достаточно развитые деревья. Физиологи растений разработали методы пересадки таких деревьев в города. В связи с тем, что при пересадке происходит, как правило, повреждение корневой системы растений, следует шире использовать физиологически активные вещества, способные ускорять протекание регенерационных процессов в растениях. С целью ослабления испарения воды с поверхности листьев, которое при наличии корневых повреждений может привести к обезвоживанию и гибели растений, предлагается использовать особые пленки, наносимые на листья, а также химические препараты, уменьшающие транспирацию (так называемые антитранспиранты). В целом пересадка больших деревьев на улицы наших городов не представляет сложной проблемы, поэтому необходимо шире осуществлять ее на практике. В Вильнюсе сотни взрослых деревьев — лип, кленов, берез, серебристых елей стали пересаживать вместе с комом мерзлой земли. Приживаемость растений хорошая. А вот пример, иллюстрирующий низкую эффективность посадки очень молодых саженцев деревьев. В 1981 г., как сообщил журнал «Штерн», для очистки воздуха от токсических примесей в Мехико, насчитывающем 15 млн жителей, высадили 119 млн саженцев лиственных деревьев. Достигнув, однако, метровой высоты, деревья перестали расти, многие из них погибли.

В результате предпринимаемых мер за последние годы заметно сократилось содержание вредных веществ в атмосфере воздуха многих городов нашей страны: Архангельска, Братска, Березников, Днепропетровска, Воскресенска, Казани, Красноярска, Омска, Чимкента, Усть-Каменогорска и др. Несмотря на то что Москва является городом с многомиллионным населением, с высоким уровнем концентрации промышленности и транспортных средств, состояние воздушного бассейна здесь по сравнению с крупнейшими городами мира наиболее благополучно. За последние пятнадцать лет загрязненность воздуха в различных районах Москвы снизилась в среднем втрое, а в некоторых местах даже больше.

Немалая заслуга в этом зеленого наряда столицы, общая площадь которого составляет около 40 тыс. га. Ежегодно к зеленому наряду города добавляется в среднем 600 га новых бульваров, цветников, дворовых посадок. Неудивительно, что многих иностранцев, приезжающих в нашу страну, поражает обилие в Москве зелени.

Генеральным планом развития Москвы предусмотрено создание зеленых «клиньев», которые протянутся по направлению от пригородных лесов к центру. Это как бы «коридоры здоровья», по которым свежий воздух подмосковных лесов потечет в город. Кроме этих «клиньев» будут образованы два массива, которые протянутся через весь город. Один из них пройдет между проспектами Мичурина и Вернадского, через Ленинские горы. Он включает в себя Центральный парк культуры и отдыха им. А. М. Горького, скверы и бульвары вдоль Москвы-реки и Яузы и, наконец, Сокольники и Лосиноостровский лесопарк. Второй зеленый «коридор» протянется от Серебряного бора к Нагатину, Коломенскому, Царицыну.

Составлена генеральная схема оздоровления воздушного бассейна Ленинграда. Серьезное внимание в ней уделено озеленению города. Формируются санитарно-промышленные зоны вокруг предприятий, садами и аллеями украшаются их территории. Существенную роль призван сыграть лесопарковый пояс Ленинграда. Рощи и леса пригорода соединятся с зелеными массивами ленинградских кварталов.

Зеленые зоны ныне существуют у более чем 2000 городов нашей страны. Общая их площадь составляет свыше 15 млн га. Леса зеленых зон являются мощным средством снижения влияния неблагоприятных факторов на условия жизни городского населения.

В связи с рассмотрением проблемы озеленения городских территорий хотелось бы обратить внимание читателей на чрезвычайно ценный опыт создания зеленой зоны г. Пущино Московской области. Здесь природа не просто служит декоративным вкраплением в урбанистический пейзаж, а является полноправным компонентом города. Разумеется, отсутствие в городе промышленных предприятий во многом облегчает решение экологической проблемы. Однако многие экологические идеи, выдвинутые и проверенные в результате осуществления программы «Экополис», о которой неоднократно сообщалось в печати, могут быть использованы и в больших промышленно развитых городах (система городских заказников, система «троп природы», призванных познакомить жителей города с некоторыми видами растений и животных, отказ от химической обработки насаждений и др.). Опыт г. Пущино показывает, что необходим переход к концепции, рассматривающей город как составную часть природы. Человек вполне может создавать среду обитания, где процессы самоочищения по интенсивности и качественному уровню соответствовали бы существующим в природе.

Озеленение предприятий

Озеленение территорий промышленных предприятий, не занятых постройками и сооружениями, имеет важное значение для улучшения их санитарно-гигиенического состояния и эстетического оформления. Одним из главных критериев выбора растений для посадки на территории предприятия является их устойчивость к токсическим веществам, выбрасываемым данным производством. Было бы хорошо, если бы все растения, обладающие высокой интенсивностью поглощения фитотоксикантов, одновременно были бы устойчивы к ним. К числу таких растений относятся тополь канадский, тополь бальзамический, тополь берлинский, дерен белый, ива белая. Это совпадение бывает, однако, не всегда. Поэтому для озеленения предприятий приходится использовать растения, обладающие пониженной газопоглотительной способностью, характеризующиеся устойчивостью к загрязнителям и вместе с тем являющиеся высокодекоративными (сирень обыкновенная, клен гиннала, липа войлочная, клен серебристый и др.).

Для озеленения следует использовать высококачественный посевной и посадочный материал. Особое внимание нужно обратить на своевременность посева и посадки растений. В ряде случаев, особенно при сравнительно высокой концентрации в окружающей среде токсических веществ, следует высаживать растения рассадой, а не семенами, так как в этом случае растения меньше повреждаются вредными веществами. Посадка древесных растений возможна как весной, так и осенью, однако весенние посадки предпочтительнее, поскольку в случае посадки осенью растения еще до укоренения в течение зимы подвергаются воздействию токсических веществ, выделяемых предприятием.

В настоящее время разработаны приемы искусственного повышения устойчивости растений к загрязнителям атмосферы. Некоторые из этих приемов направлены на создание условий, обеспечивающих оптимальное снабжение растений элементами минерального питания, в том числе микроэлементами и влагой. Так удалось успешно озеленить территорию Днепропетровского коксохимического завода им. М. И. Калинина. Здесь малоплодородные пески были заменены в местах посадок растений черноземными почвами, в которые вносились еще органические и минеральные удобрения. Накопление в почве вредных выбросов промышленного производства ведет к ухудшению ее качества, к замедлению темпов роста растений. В связи с этим в практике озеленения территорий промышленных предприятий нередко прибегают к регулярной (один раз в два-три года) замене верхнего слоя почвы газонов и цветников.

Одним из важнейших компонентов озеленения являются газоны. Исследователи, занимавшиеся изучением газонов промышленных предприятий, разделили их на три типа: партерные, обыкновенные и покрытия типа газонов.

Партерные газоны, расположенные около заводоуправлений, как правило, содержатся в хорошем состоянии. Они регулярно поливаются и скашиваются. Находясь на значительном расстоянии от источников загрязнения, газонные травы на них почти не повреждаются фитотоксикантами.

Обыкновенные газоны закладываются вблизи различных цехов. Для этого на участки почвы предварительно завозится чернозем и распределяют его слоем 15–20 см. Полив осуществляется стационарными установками или поливомоечными машинами. По наблюдениям исследователей, на ряде предприятий уходу за обычными газонами уделяется недостаточное внимание, хотя они нередко занимают большую площадь. Газоны скашиваются нерегулярно, полив не проводится, отсутствует борьба с сорняками.

Покрытия типа газонов представлены на заводах участками из дикорастущих трав, среди которых наиболее декоративными являются мятлик узколистный, пырей ползучий, овсяница бороздчатая, тысячелистник обыкновенный.

Ученые Донецкого ботанического сада АН УССР предложили разбить территорию металлургических предприятий на три зоны, для каждой из которых характерен свой тип озеленения.

1. Зона постоянных высоких газовых концентраций. В основном она расположена вблизи мартеновских и доменных цехов, аглофабрик, коксовых батарей, градирен и других производственных подразделений. Здесь концентрация сернистого газа выше 3 мг/м^3.

В первой зоне главная функция зеленых насаждений — декоративно-оформительская, создание несколько улучшенных микроклиматических условий для кратковременного отдыха трудящихся. Растения в этой зоне высаживаются небольшими группами или рядами с учетом расположения наиболее интенсивных источников выброса газов. Посадки не должны препятствовать хорошей вентиляции территорий и удалению выбросов в санитарно-защитную зону. При озеленении следует более широко использовать цветочные растения и газонные травы, которые в случае их гибели легче и быстрее можно заменить новыми. По мнению ученых, здесь особенно удобны переносные вазы и цветочницы.

2. Зона периодически возникающих высоких концентраций газов. Для нее характерны разовые концентрации сернистого газа до 3 мг/м^3, тогда как в среднем в течение суток концентрация фитотоксиканта составляет 1 мг/м^3. Здесь создаются зеленые массивы из устойчивых к сернистому газу древесных и кустарниковых пород. Они имеют большую листовую поверхность и поэтому наиболее эффективны в очистке среды от пыли и газов. Насаждения не должны быть плотными, чтобы не препятствовать циркуляции воздуха. Во второй зоне могут быть также цветники и газоны.

3. Зона периодически возникающих относительно невысоких концентраций газов. Здесь концентрация сернистого газа не превышает предельно допустимую более чем на 100 %. В третьей зоне высаживаются растения как обладающие высокой устойчивостью к ингредиентам промышленных выбросов, так и значительными декоративными качествами.

При озеленении территорий керамических предприятий для создания массивных зеленых насаждений обычно используют робинию обыкновенную, иву белую, тополя черный, бальзамический и Симона, клены остролистный и полевой, ясень обыкновенный.

Помимо плотных посадок на территории предприятий могут быть посадки аллейного типа. Для этой цели обычно используют тополя Болла и итальянский, робинию обыкновенную, каштан конский и др. При сооружении живых изгородей и бордюров высаживают клен татарский, бирючину обыкновенную, карагану древовидную, сирень обыкновенную, смородину кустарниковую, снежноягодник.

Нередко на предприятиях осуществляется вертикальное озеленение. Для этой цели высаживают виноград девичий пятилисточковый.

В связи с повышенной чувствительностью хвойных пород к фитотоксикантам использование их в озеленении территорий промышленных предприятий требует особой тщательности. По-видимому, ни ель обыкновенная, ни сосна обыкновенная не способны противостоять промышленным газам вблизи предприятий. П. П. Чуваев с соавторами (1973) рекомендует использовать здесь тую западную, ель колючую, пихту одноцветную.

Там, где озеленение территорий промышленных предприятий осуществляется с учетом достижений науки, добиваются неплохих результатов. Так, например, на промышленной площадке Усть-Каменогорского свинцовоцинкового комбината имени В. И. Ленина произрастает около 200 видов деревьев, кустарников, декоративных трав. Вокруг некоторых цехов металлурги выращивают настоящие оазисы, причем даже розы прижились рядом со свинцовым производством.

В настоящее время на очень многих предприятиях уделяется большое внимание внутрицеховому озеленению как средству улучшения условий труда рабочих. Для этой цели ученые рекомендуют следующие виды декоративных растений: аспидистра высокая, кливия миниата, плющ обыкновенный, панкрациум прекрасный, сансевьера цейлонская, фикус, фатсхедера, хлорофитум хохлатый. Для менее загазованных цехов могут быть использованы пальма веерная, бересклет японский, хибискус китайский.

На некоторых предприятиях в деле озеленения цехов достигнуты большие успехи. Так, например, на Карагандинском заводе асбестоцементных изделий в цехах оформлены «зеленые островки», поражающие фантазией. Тут и миртовые рощи, и живые уголки, и избушки на курьих ножках со встроенными аквариумами. Многие рабочие после смены задерживаются здесь, чтобы покопаться на «зеленом островке».

И тем не менее на многих предприятиях в цехах зелень не приживается. Причин тому несколько. Для озеленения цехов следует использовать высокоплодородную почву. При выращивании в ней растений следует поддерживать ее в рыхлом состоянии, вносить удобрения, в том числе микроэлементы. В некоторых случаях причиной плохого роста растений является слабое освещение. В этом случае для растений, растущих в цехе, нужно обязательно сделать подсвечивание. Следует регулярно смывать с листьев растений пыль, опрыскивая их теплой водой из разбрызгивателя.

Опыт показывает, что растения хуже приживаются в цехе, если они просто выставляются в горшках по сравнению с массированным озеленением, когда растения образуют целые «зеленые островки». В центре такого островка можно посадить кустарники или вьющиеся лианообразные растения, дальше от центра — различные травянистые однолетники и многолетники. По окраине высевается миниатюрный газон из райграса.

На новосибирском заводе «Сибсельмаш» создан большой зимний сад, в котором выращиваются бананы, пальмы, кипарисы, туи. Кроме большого зимнего сада почти во всех цехах решено организовать зеленые уголки, засаженные экзотическими растениями.

Приведенные примеры показывают, что в деле озеленения промышленных предприятий можно достигнуть больших успехов. Трудно переоценить значение зеленых насаждений для повышения производительности труда, создания благоприятного эмоционального климата.

Озеленение общественных зданий

В настоящее время наши города все более украшаются кинотеатрами, дворцами культуры, киноконцертными залами и другими сооружениями с огромными фойе и широкими окнами, пропускающими много солнечного света. Казалось бы, здесь созданы прекрасные условия для произрастания растений. Однако их довольно редко можно видеть в общественных местах. Приятным исключением является кинотеатр «Октябрь» в Астрахани. История его зеленого наряда такова. В 1909 г. в астраханский кинотеатр привезли 4 небольшие пальмы и 2 фикуса. Они-то и дали начало кинотеатру-саду. В настоящее время пальмы достигли двадцатиметровой высоты. В 1955 и 1971 гг. здание кинотеатра реконструировалось с целью создания для растений оптимальных условий. Пополняется и видовой состав растений. Сад удивляет посетителей не только большим разнообразием экзотических растений, но и животными. В большом вольере здесь живут канарейки и попугаи различных пород, а в бассейнах обитают болотные черепахи. Многочисленные воробьи выводят своих птенцов прямо в кронах пальм. Благодаря уникальному саду кинотеатр «Октябрь» стал достопримечательностью города, это излюбленное место отдыха астраханцев.

Наверно, не обязательно превращать каждый кинотеатр в подобный сад, однако в каждом кинотеатре, где есть для этого условия, в фойе можно создать уютные уголки из зелени, выращивать редкие растения, японские садики из карликовых форм плодовых и хвойных деревьев. В помещениях, где ежедневно бывает большое количество людей, при наличии соответствующих условий должны обязательно выращиваться растения — один из важнейших компонентов уюта общественных мест. Чрезвычайно слабо в этом отношении используются железнодорожные и автовокзалы, здания аэропортов. Каждому, кто отправляется на отдых, известно чувство нетерпеливого ожидания встречи с чудесными местами, богатыми растительностью. Важно сделать так, чтобы вокзал — эта отправная точка на пути к прекрасному — служил целям снятия нервного напряжения, начала полноценного отдыха. Пока же вокзальный неуют мало способствует этому.

В транспортном агентстве на ул. 1905 года в Москве в больших деревянных ящиках растут редкие и теплолюбивые растения: кофейное дерево, мушмула, лавровишня, кипарис, мирт и др. Каждый ящик снабжен этикеткой, на которой обозначено название вида. И это очень хорошо, ведь подавляющее большинство людей, к сожалению, не знает не только эти, но и самые обычные растения. Между тем в некоторых ботанических садах возле растений этикетки отсутствуют или содержат лишь латинское название, ничего не говорящее неспециалисту. Ныне, когда все более очевидной становится величайшая роль растений в природе и жизни человека, очень важно знакомить людей с отдельными представителями растительного мира, с практическим их использованием и условиями культивирования. Общественные места дают для этого прекрасные возможности. Повсюду можно устраивать выставки цветов и редких растений из коллекций ботанических садов, организаций, занятых озеленением, частных лиц.

Озеленение индустриальной пустыни

Земля является всенародным достоянием, основой всех богатств человечества. Между тем плодородные земельные площади постоянно сокращаются в результате строительства городов, новых предприятий, аэродромов, автомобильных и железных дорог, нефте- и газопроводов, наступления пустыни, открытого способа добычи полезных ископаемых и т. д. Если в 1953 г. на каждого жителя нашей страны приходился 1 га пашни, то в 1975 г. — 0,88. Все это делает весьма актуальной проблему рекультивации земель, восстановления благоустройства земной поверхности.

Огромные территории земного шара ныне покрыты безжизненными горными породами, извлеченными из недр Земли, которые в ряде случаев содержат токсические для всего живого вещества (сернистые соединения, соли тяжелых металлов и т. д.). Растворяясь в воде, эти вещества вызывают гибель живых организмов. Вещества, слагающие отвалы горных пород, водой и ветром разносятся по окрестностям. Попадая на поля, занятые культурными растениями, они вызывают снижение их урожайности.

В середине 60-х годов XX в. площадь индустриальной пустыни в США составила 1,3 млн га, а в Англии — 100 тыс. га. В последние годы во всем мире наблюдается резкое возрастание площадей, занятых отвалами. Это связано с большей рентабельностью открытых разработок полезных ископаемых по сравнению с шахтным способом их добычи. Между тем каждый карьер занимает в десятки раз больше земли, чем шахта. В связи с этим Англия каждый год теряет около 20 тыс. га ранее плодородных земель.

Для того чтобы отвалы горных пород естественным путем покрылись зеленью, требуется очень много времени. Так, например, на железо-кварцитовых отвалах Кривого Рога первые растения (смолка широколистная, льнянка дроколистная, желтушник серый, спорыш обыкновенный) начинают поселяться лишь спустя 5–6 и даже 10–15 лет после отсыпки. Задача заключается, однако, в том, чтобы не просто озеленить отвалы, но и получить от этого весомую пользу. В связи с этим перед учеными встала важная и ответственная задача: разработать научно обоснованные принципы рекультивации земель, нарушенных горными разработками, отходами различных производств, с тем чтобы как можно быстрее возвращать их в хозяйственно ценные земли.

Исследования в этой области в нашей стране стали интенсивно проводиться с середины XX в. В 60-х годах были получены положительные результаты по рекультивации земель. В процессе разработки горных пород верхний слой плодородной почвы стали складировать и в таком виде сохранять до окончания разработок. Во избежание эрозии собранную почву засевают злаково-бобовыми травами. По завершении добычи полезных ископаемых карьеры засыпаются пустой породой, отвалы подвергаются выравниванию и покрываются слоем почвы толщиной 40–50 см. Толщина слоя почвы выбрана не случайно. Экспериментально установлено, что с увеличением пласта урожайность культурных растений не возрастает. Между тем транспортировка почвы требует материальных и энергетических затрат. Если же почвенный пласт будет тоньше на 10 см, это обернется недобором 5–6 ц озимой пшеницы, 3,5–4 ц яровой, 5,5 ц ячменя и озимой ржи.

Рекультивация почв включает горнотехническую и биологическую стадии. Горнотехническая рекультивация заключается в планировке отвалов, придании откосам нужной формы, насыпании плодородного слоя на отвалы в прочее. В ходе горнотехнической рекультивации требуется прежде всего прекратить процессы горения отвалов и охладить породы. В противном случае растения не смогут произрастать на отвалах. Тушение горящих отвалов проводится путем переформирования конических терриконов в плоские. Для предотвращения эрозионных процессов на склонах отвалов их поверхность выполаживают с помощью бульдозеров, а затем наносят слой грунта для предотвращения поступления кислорода внутрь горящих отвалов и замедления вследствие этого процесса окисления.

Существует и другой способ тушения отвалов, основанный на детальном изучении сущности процессов, протекающих в горящих отвалах. Оказалось, что первоначальное повышение температуры внутри отвалов, способствующее самовозгоранию породы, происходит в результате жизнедеятельности тионовых бактерий. Тионовые бактерии окисляют соединения серы, что приводит к подкислению среды из-за накопления серной кислоты. В свою очередь подкисление среды еще более активизирует деятельность тионовых бактерий. Если путем введения в породу известкового раствора изменить кислотность среды обитания бактерий, это будет способствовать предотвращению самовозгорания терриконов.

Биологическая рекультивация предусматривает работы по восстановлению плодородия отвалов, их озеленению и т. п. Наиболее оптимальной считается рекультивация земель по единому непрерывному циклу: снятая плодородная почва сразу же перевозится на спланированную площадь отвалов и засыпается слоем 35–55 см.

В зависимости от назначения высвобождаемых от горных работ земель рекультивация подразделяется на сельскохозяйственную, лесохозяйственную, водохозяйственную и рекреационную.

В основных земледельческих районах нашей страны преимущественное развитие получает сельскохозяйственная рекультивация. За годы десятой пятилетки в СССР рекультивировано 545 тыс. га земель, из которых 338 тыс. переданы для сельскохозяйственного использования.

Сельскохозяйственная рекультивация земель в объединении «Тулауголь» осуществляется в течение 5–8 лет. На участках, предназначенных для сельскохозяйственного освоения, в первые 2–4 года возделываются многолетние травы, бобовые и другие почвоулучшающие культуры (люпин многолетний, донник, люцерна, клевер розовый и др.). А после 3–5 лет в севооборот включаются ценные зерновые культуры (рожь, ячмень, овес).

Исследования ученых показали, что на отвалах открытых разработок Чиатурского месторождения марганца после их планирования, нанесения почвы и улучшения посевом многолетних трав с успехом можно выращивать виноградники.

Следует иметь в виду, что травы, выращенные на отвалах, образующихся, например, при добыче асбеста, огнеупорных глин и формовочных песков, могут содержать вредные для скота соединения хрома, титана, кобальта, кадмия, никеля, дозы которых в десятки раз превышают норму. В связи с этим ученые предложили выращивать в таких местах специально подобранные растения, которые не накапливают в своих тканях ядовитые вещества.

Лесохозяйственная рекультивация наряду с сельскохозяйственной является одним из основных путей восстановления биологической продуктивности нарушенных земель. Она способствует оздоровлению окружающей среды в промышленных районах, защищает почвы от эрозии, улучшает гидрологический режим почв. В нашей стране уже выращены десятки тысяч гектаров лесных насаждений на нарушенных промышленными разработками землях.

Лесохозяйственная рекультивация земель активно осуществляется, например, в Эстонской ССР. В 1960 г. здесь начаты посадки леса на отвалах старых карьеров в сланцевом бассейне. В 1970 г. лесопосадками, главным образом сосной и лиственницей, было занято более 700 га. Ежегодный прирост деревьев в высоту составляет 60–70 см. Помимо сосны и лиственницы здесь успешно растут облепиха, береза, липа, ольха черная.

В объединении «Тулауголь» лесохозяйственная рекультивация проводится путем создания смешанных лесов, где главными породами являются сосна обыкновенная, лиственница сибирская, береза бородавчатая, тополь, желтая акация.

Среди многих причин, обусловливающих медленный рост растений на техногенных ландшафтах, основное место занимает очень низкое плодородие отдельных грунтосмесей, и прежде всего полное отсутствие азота. В связи с этим при лесохозяйственной рекультивации земель необходимо применять удобрения. Способствуют обогащению почвы азотом бобовые растения (люпин, донник). Кроме того, улучшить питательный режим лесных рекультивационных насаждений способны посадки ольхи черной и серой, а также белой акации. Наконец, ученые выделили штаммы азотфиксирующих бактерий, которые после размножения в специальных установках вносятся на выровненный бульдозером участок отвала. Благодаря этому приему удается интенсифицировать процесс накопления азота в почвах техногенных ландшафтов. Сразу же после внесения микроорганизмов высеваются семена трав, которые дают дружные всходы. Этот метод в настоящее время внедряется в угледобывающих районах Урала, Средней Азии и Казахстана.

Огромное количество микроорганизмов содержат бытовые и хозяйственные сточные воды. В связи с этим золоотвалы и хранилища отработанных пород предложено поливать этими водами. После каждого полива склоны безжизненных отвалов перепахивают. В результате этого здесь довольно быстро формируется плодородный слой.

Лесохозяйственная рекультивация осуществляется во многих странах мира. В США этому виду рекультивации отдается предпочтение при проведении буроугольных разработок. При этом особое внимание уделяется подбору ассортимента видов древесных растений.

Рекреационная рекультивация имеет целью превращение территорий промышленной пустыни в зоны отдыха трудящихся. Так, например, в г. Орджоникидзе Днепропетровской области карьеры и отвалы горнообогатительного комбината были превращены в зону отдыха. На площади 300 га здесь построили водный бассейн, пляжи, спортивный комплекс.

Особое внимание рекреационной рекультивации земель уделяется в Чехословакии. Здесь на месте отвалов создаются парки, лесопарки, зеленые зоны отдыха.

Огромные территории занимают золоотвалы тепловых электростанций. Стоит подуть ветру, и облака угольной пыли поднимаются в воздух. На каменноугольной золе и шлаках не растет никакая растительность. Ученые, однако, установили, что если золоотвалы тепловых электростанций покрыть тонким слоем почвы, толщиной 1–2 см, то здесь могут расти некоторые злаки и бобовые травы (овсяница красная, райграс пастбищный, клевер красный). Семена этих трав рекомендуется высевать в апреле в повышенной норме. Уже на третий год озелененные золоотвалы дают неплохие укосы.

Основная трудность рекультивации нарушенных земель заключается в чрезвычайном разнообразии их механического состава, слагающих пород, агрохимических показателей и возраста отвалов. В связи с этим в каждом отдельном случае требуется индивидуальный подход.

Одним из важнейших этапов рекультивации является подбор растений, пригодных для выращивания на тех или иных отвалах. Дело в том, что на многих отвалах могут расти не все растения, а только определенные, обладающие рядом специфических анатомо-морфологических и физиолого-биохимических признаков. Иногда даже приходится озеленять нарушенные земли сорными растениями, обладающими пониженными требованиями к условиям окружающей среды. Приживаясь на бесплодных грунтах, сорняки закрепляют их, способствуют формированию почвенного слоя.

Некоторые представители семейства плюмбаговых успешно произрастают там, где почвы содержат большое количество тяжелых металлов и других вредных веществ. Так, например, армерию Галлера (Armeria halleri) нередко можно встретить в странах Западной Европы на отвалах медных рудников. А вот армерия приморская (Armeria maritima) интенсивно размножилась на побережье Корнуэлла в Великобритании после получившей широкую известность катастрофы танкера «Торри Каньон». Спустя шесть лет после обработки залитых нефтью участков побережья очищающими веществами это растение более чем наполовину покрыло некоторые места. По всей видимости, эти виды растений могут быть использованы для озеленения терриконов и загрязненных морских побережий.

В ряде случаев выращивание на отвалах растений осложняется присутствием ядовитых для растений веществ. Но этой причине до посадки растений приходится осуществлять химическую мелиорацию. Так, например, пустые породы, содержащие большое количество сульфидов железа, при хранении на открытом воздухе начинают выделять серную кислоту и другие вредные для растений вещества. В связи с этим обычная рекультивация здесь невозможна. После долгих исследований ученые предложили, перед тем как насыпать на пустую породу слой почвы, вносить прослойку из извести с целью нейтрализации вредной серной кислоты. Для той же цели используются и другие приемы.

Площадь земель, нарушенных в результате добычи полезных ископаемых и деятельности предприятий, составляет в нашей стране почти 2 млн га. В настоящее время работы по рекультивации земель интенсивно проводятся в Донбассе, Кузбассе, на Урале, в Подмосковье, в Курской области, Эстонской ССР и в других местах. Темпы рекультивационных работ постоянно возрастают. Если за годы девятой пятилетки в народное хозяйство было возвращено 168 тыс. га, то в десятой пятилетке уже 545 тыс. га.

* * *

Приведенные выше материалы показывают, что в противовес тенденции к сокращению площади зеленых насаждений человек может сделать очень многое в деле увеличения зеленого наряда нашей планеты. Предположим, что в один прекрасный день люди всей Земли договорились бы между собой о проведении всемирного субботника по озеленению планеты. Пусть в ходе этого субботника каждый житель планеты посадит всего по одной яблоне. При средней плотности расположения деревьев яблоневый сад занял бы около 7 млн. га! И это всего только за один день.

Наша страна достигла больших успехов в деле ведения лесного хозяйства, освоения пустынь, озеленения городов, предприятий и дорог, в области рекультивации нарушенных земель. Эти успехи признаны во всем мире. Они являются результатом нашего социалистического строя и образа жизни. В настоящее время обострение экологической обстановки побуждает нас вести самую непримиримую борьбу с теми, кто без всякой на то необходимости наносит ущерб растительному покрову Земли.

Заключение

Загрязнение окружающей среды существенным образом изменяет условия существования человечества, ставит перед ним сложные проблемы, решение которых возможно лишь в том случае, если эти проблемы будут осознаны всеми членами человеческого общества. Каждый человек должен осознать свою личную ответственность за чистоту воздуха, воды и почвы, свою причастность к делу охраны природы.

Загрязняющие природную среду вещества оказывают токсическое действие на человека, животных, растения и полезные микроорганизмы. Результаты этого действия в полном объеме еще недостаточно осмыслены человечеством. Помимо видимого ущерба оно наносит весьма существенный скрытый вред, который проявляется в прогрессирующем возрастании определенных заболеваний человека и животных, в увеличении числа наследственных аномалий, в вырождении ценных сортов, в снижении продуктивности культурных и дикорастущих растений, в нарушении биоценотических связей в природе, которое в свою очередь ведет к оскудению флоры и фауны.

Борьба с загрязнением окружающей среды должна вестись как при помощи технических усовершенствований (создание высокоэффективных систем очистки, внедрение безотходных технологий и т. п.), так и путем активного привлечения растений.

Приведенные выше материалы показывают, что растения являются надежными индикаторами загрязненности природной среды различными токсическими веществами. На конкретных примерах мы имели возможность убедиться в том, что растительный мир служит важнейшим фактором естественной очистки воздуха, воды и почвы от ядовитых примесей. Токсические вещества поглощаются растениями и претерпевают в них различные превращения, в ходе которых возникают нетоксичные продукты. Масштабы естественного самоочищения природной среды с помощью растений в полной мере также еще не оценены человечеством. Микроорганизмы и растения поддерживают гомеостаз многих факторов в биосфере, что обеспечивает ее нормальное функционирование в современную эпоху.

Сказанное не оставляет сомнений в том, что необходимо всячески расширять площадь зеленых насаждений. Однако нередко происходит обратный процесс, который обусловлен ростом городов, строительством предприятий, автомобильных и железных дорог, аэродромов, газо- и нефтепроводов.

Но зеленая поверхность планеты уменьшается не только за счет этого. Она сокращается также в связи с вырубкой лесов, наступлением пустыни, загрязнением мирового океана нефтью и ядохимикатами, которое сопровождается отмиранием фитопланктона. Все это сказывается на способности атмосферы и гидросферы к самоочищению.

Радикальный выход из сложившейся ситуации заключается в принятии срочных мер по расширению площади зеленых насаждений во всех уголках земного шара. Уже сейчас во многих странах мира проводятся национальные кампании по посадке деревьев и лесоразведению. Страны некоторых регионов объединяют свои усилия в деле борьбы с наступлением пустыни. От того, сумеет ли человечество обуздать дезертификацию, зависит также и решение проблемы чистоты окружающей среды.

Необходимо активнее отвоевывать пространства и у «промышленной пустыни». Речь идет об интенсификации работ по рекультивации нарушенных земель. Важно озеленять горные склоны, побережья водоемов, дороги, любые, даже самые ничтожные клочки суши,

Особое внимание следует уделять озеленению городов и промышленных предприятий. Эта работа должна вестись на основе самых последних достижений в области изучения способности растений противостоять вредному влиянию фитотоксикантов, очищать природную среду от ядовитых примесей.

При озеленении территорий необходимо использовать быстрорастущие древесные породы, способные в ближайшее время оказать влияние на чистоту атмосферы. Весьма быстрыми темпами роста, а также повышенной устойчивостью к вредным примесям обладают тополя. В ряде стран мира (Франция, Чехословакия, Венгрия, Италия) тополя сажают в больших количествах для быстрого получения древесины. Через 20–30 лет после посадки тополей их древесина уже может быть использована для производственных надобностей. В связи с важностью тополиных лесопосадок в некоторых странах созданы научно-исследовательские институты по изучению тополей, а при Организации объединенных наций — специальная международная комиссия по тополям.

Было бы, однако, печально, если бы улицы наших городов заполонили только тополя. Как уже отмечалось, необходимо шире использовать для озеленения хвойные породы, обладающие повышенными декоративными достоинствами, способностью очищать атмосферу городов даже при отрицательных температурах. Устойчивость хвойных растений к фитотоксикантам может быть повышена как путем выведения новых форм в результате скрещивания, так и путем отбора уже существующих устойчивых растений.

Особое внимание следует уделить озеленению лоджий и балконов, использованию в городах вертикального озеленения. Писатель Ю. М. Нагибин в «Московской книге» (М.: Моск. рабочий, 1985 г., с. 259–260) писал по этому поводу: «Удивительных эффектов добиваются сейчас в мире с помощью вьющихся растений, дикого винограда, плюща, вьюнка. Ими окутывают стены не только коттеджей, но и самых высоких домов. Проводятся городские конкурсы на лучшее украшение дома вьющимися растениями. Я не раз любовался удивительными многоцветными композициями из дикого винограда и плюща, превращающими самые заурядные дома в чудо».

Но дело не только в эстетической целесообразности использования для озеленения вьющихся и лазящих растений. Они успешно защищают жителей городов от шума, пыли и вредных газов.

При решении экологических проблем городских территорий следует исходить из концепции, рассматривающей город в качестве составной части природы. Современный уровень знаний позволяет человеку создавать среду обитания, где процессы самоочищения по интенсивности и качественному уровню соответствовали бы существующим в природе.

Необходимо активизировать исследования в области изучения механизмов устойчивости растительных организмов к фитотоксикантам, разработать действенные приемы защиты зеленых насаждений, произрастающих в зонах хронического влияния ядовитых веществ, а также в местах, подверженных периодическому воздействию высоких их концентраций.

Особую тревогу вызывает тот факт, что некоторые растения ныне находятся на грани исчезновения, стали чрезвычайно редкими, а то и вообще исчезли с лица Земли. Ученые полагают, что под угрозой исчезновения находится не менее 25 тыс. видов высших растений.

Некоторые люди наивно полагают, что исчезновение с лица Земли того или иного растения не имеет никакого значения. Это отнюдь не так. Человек лишь очень поверхностно изучил химический состав дикорастущих растений. Детальное их исследование может привести к тому, что они станут ценным источником получения лекарственных препаратов, витаминов, алкалоидов, гликозидов, дубильных веществ. Селекционеры довольно часто прибегают к использованию дикорастущих растений для получения гибридов, обладающих повышенной продуктивностью или устойчивостью к засухе, морозам, вредителям и болезням. Дикорастущие растения сообщают гибридам ценные свойства по той причине, что обладают соответствующими генами, включение которых в генотип гибрида может привести к созданию особо полезных форм растений.

Каждый вид растения создавался в течение длительного промежутка времени, в ходе которого вырабатывались его приспособления к тем или иным конкретным условиям. Потеря его — это удар по сбалансированной в течение многих тысячелетий системе растительных сообществ. Ведь в этих сообществах данный вид отнюдь не является бесполезным, ненужным. Он всегда — одно из звеньев сложной цепи, которая обеспечивает устойчивость сообщества, его возобновляемость и долговечность. Между тем только устойчивое растительное сообщество может успешно противостоять действию загрязнителей природной среды. Вот почему охрана растительных богатств, целостности биоценозов имеет чрезвычайно важное значение в поддержании постоянства состава окружающей человека среды.

В ходе эволюции растения выработали способность к синтезу разнообразных веществ, предохраняющих их от поражения бактериями, грибами, моллюсками, нематодами, клещами, насекомыми. Грозное химическое оружие успешно используется растениями в борьбе за место под солнцем с другими видами. Эти химические вещества растений с успехом могут быть использованы в качестве пестицидов (инсектицидов, акарицидов, фунгицидов, гербицидов). Их преимущество перед синтетическими ядохимикатами заключается в том, что они значительно менее токсичны для человека и полезных животных, не нарушают биоценотических связей в природе, быстро разрушаются и поэтому не накапливаются в биосфере. В то же время некоторые из них, например, упоминавшиеся выше пиретрины, достаточно эффективны. Неудивительно, что в последние годы во всем мире резко возрос интерес к пестицидам растительного происхождения. Широкое их применение приведет к сокращению использования синтетических ядохимикатов, к уменьшению загрязненности атмосферы, гидросферы и почвы этими вредными веществами.

Так давайте же еще более ценить каждое растение: и нежную травинку, и высокое дерево. Растения не только дают нам пищу, одежду, материал для строительства, они надежно стоят на страже нашего здоровья, охраняя постоянство состава и чистоту окружающей человека среды. Оберегая и умножая зеленые богатства, мы тем самым охраняем самих себя, свое здоровье и благополучие.

Литература

Актуальные проблемы изменения природной среды за рубежом. М.: Изд-во МГУ, 1976.

Алекперов У. К. Антимутагены и проблема защиты генетического аппарата. Баку, 1979.

Антипов В. Г. Устойчивость древесных растений к промышленным газам. Минск: Наука и техника, 1979.

Артамонов В. И. Растения на страже. М.: Знание, 1977. (Сер. Человек и природа; № 8).

Артамонов В. И. Растения-индикаторы. М.: Знание, 1980. (Сер. Человек и природа; № 2).

Ассортимент газоустойчивых растений для озеленения санитарно-защитных зон промышленных предприятий. М.: АКХ, 1973.

Бабаев А. Г., Фрейкин З. Г. Живая пустыня. М.: Просвещение, 1980.

Бартов В. Ф. Современный капитализм и природа. М.: Мысль, 1976.

Бауэр Л., Вайничке X. Забота о ландшафте и охрана природы. М.: Прогресс, 1971.

Биологическое самоочищение и формирование качества воды. М.: Наука, 1975.

Бурда Р. И. Принципы озеленения комплексов дорожных зданий различного назначения. — В кн.: Растения и промышленная среда. Киев: Наук. думка, 1976, с. 147–149.

Васильев И. М. Действие ионизирующих излучений на растения. М.: Изд-во АН СССР, 1962.

Васина А. Н. Использование растений диких видов для борьбы о вредителями садовых и овощных культур. М.: Колос, 1972.

Введение в геогигиену. М.: Наука, 1966.

Взаимодействие лесных экосистем и атмосферных загрязнителей. Таллин: Изд-во АН ЭССР, 1982.

Влияние загрязнений воздуха на растительность М.: Лесн. пром-сть, 1981.

Влияние загрязняющих веществ на гидробионтов и экосистемы водоемов. Л.: Наука, 1979.

Воейков А. И. Воздействие человека на природу. М.: Географгиз, 1949.

Восстановление земель после промышленных разработок. М.: Колос, 1967.

Газоустойчивость растений. Пермь: ПГУ им. А. М. Горького, 1969.

Газоустойчивость растений. Новосибирск: Наука, 1980.

Гатилло Н. Д., Провожинский Н. А. Вопросы охраны рек от загрязнения поверхностным стоком с городских территорий. Минск: Ураджай, 1976.

Генетические последствия загрязнения окружающей среды. М.: Наука, 1977.

Гирусов Э. В. Система «общество — природа»: (Проблемы социальной экологии). М.: Изд-во МГУ, 1976.

Грушко Я. М. Вредные неорганические соединения в промышленных сточных водах. Л.: Химия, 1979.

Грюммер Г. Взаимное влияние растений — аллелопатия. М.: Изд-во иностр. лит., 1957.

Губергриц М. Я., Кирсо У. Э., Паальме Л. П. Превращение канцерогенных веществ в биосфере. М.: Знание, 1975.

Гудериан Р. Загрязнение воздушной среды. М.: Мир, 1979.

Детри Ж. Атмосфера должна быть чистой. М.: Прогресс, 1973.

Долгополов К. В., Сидорова Е. Ф. Вода — национальное достояние. М.: Мысль, 1973.

Дорст Ж. До того, как умрет природа. М.: Прогресс, 1973.

Дубинин Н. П., Пашин Ю. В. Мутагены окружающей среды. М.: Знание, 1977. (Сер. Биология; № 5).

Дурмишидзе С. В. Метаболизм некоторых загрязнителей атмосферного воздуха в растениях. Тбилиси: Мецниереба, 1977.

Дювиньо П., Танг М. Биосфера и место в ней человека. М.: Прогресс, 1973.

Зарубин Г. П., Никитин Д. П., Новиков Ю. В. Окружающая среда и здоровье. М.: Знание, 1977.

Израэль Ю. А. Экология и контроль состояния природной среды. Л.: Гидрометеоиздат, 1979.

Илькун Г. М. Газоустойчивость растений. Киев: Наук. думка, 1971.

Илькун Г. М. Загрязнители атмосферы и растения. Киев: Наук. думка, 1978.

Илюшин И. Р. Усыхание хвойных лесов от задымления. М.; Л.: Гослесбумиздат, 1953.

Казанская Н. С., Ланина В. В., Парфенин Н. Н. Рекреационные леса. М.: Лесн. пром-сть, 1977.

Климат — город — человек. М.: Знание, 1975.

Ковда В. А. Аридизация суши и борьба с засухой. М.: Наука, 1977.

Ковда В. А. Биохимические циклы в природе и их нарушение человеком. М.: Наука, 1975.

Коммонер Б. Замыкающийся круг. Л.: Гидрометеоиздат, 1974.

Кондратюк Е. Н., Тарабрин В. П., Бакланов В. И., Бурда Р. И. Кархота А. И. Промышленная ботаника. Киев: Наук. думка, 1980.

Красинский Н. П. Газоустойчивость растений и дымоустойчивые ассортименты. Горький; Москва, 1950.

Крокер В. Рост растений. М.: Изд-во иностр. лит., 1950.

Кроткевич П. Г. Роль растений в охране водоемов. М.: Знание, 1982. (Сер. Биология; № 3).

Кулагин Ю. З. Древесные растения и промышленная среда. М.: Наука, 1974.

Кутырин И. М. Охрана воздуха и поверхностных вод от загрязнений. М.: Наука, 1980.

Кучерявый В. А. Зеленая зона города. Киев: Наук. думка, 1981.

Ланихен Дж., Флетчер У. Здоровье и окружающая среда. М.: Мир, 1979.

Ленькова А. Оскальпированная земля. М.: Прогресс, 1971.

Львович Е. И. Защита вод от загрязнений. Л.: Гидрометеоиздат, 1977.

Материалы Первой Украинской конференции «Растения и промышленная среда», Киев: Наук. думка, 1968.

Мельников Н. Н., Волков А. И., Короткова О. А. Пестициды и окружающая среда. М.: Химия, 1977.

Метаболизм химических загрязнителей биосферы в растениях. Тбилиси: Мецниереба, 1979.

Митрюшкин К. П., Шапошников Л. К. Прогресс и природа. М.: Лесн. пром-сть, 1978.

Молчанов А. А. Оптимальная лесистость. М.: Наука, 1966.

Молчанов А. А. Лес и окружающая среда. М.: Наука, 1968.

Молчанов А. А. Влияние леса на окружающую среду. М.: Наука, 1973.

Молчанов А. А. Воздействие антропогенных факторов на лес. М.: Наука, 1978.

Моторина Л. В., Овчинников В. А. Промышленность и рекультивация земель. М.: Мысль, 1975.

Найштейн С., Меренюк Г. Санитарная охрана внешней среды от загрязнения пестицидами. Кишинев: Картя Молдовеняскэ, 1971.

Никитин Д. П., Новиков Ю. В. Окружающая среда и человек. М.: Высш. шк., 1980.

Николаевский В. С. Биологические основы газоустойчивости растений. Новосибирск: Наука, 1979.

Николаенко В. Т. Лес и защита водоемов от загрязнений. М.: Лесн. пром-сть, 1980.

Новиков Ю. В. Загрязнение — враг живого. М.: Моск. рабочий, 1975.

Новиков Ю. В. Сохраняйте чистоту водоемов. М.: Медицина, 1983.

Охрана окружающей среды от загрязнений. Казань, 1974.

Охрана окружающей среды. Л.: ГО СССР, 1979.

Охрана природы и применение химических средств в сельском и лесном хозяйстве. Л.: Наука, 1981.

Парсон Н. Природа предъявляет счет. М.: Прогресс, 1969.

Покровская С. Ф. Влияние загрязнения воздуха на растения. М.: ВНИИТЭИСХ, 1973.

Покровская С. Ф. Утилизация твердых городских отходов и использование их в сельском хозяйстве. М.: ВНИИТЭИСХ, 1976.

Покровская С. Ф. Влияние загрязнителей окружающей среды на продуктивность сельскохозяйственных культур. М.: ВНИИТЭИСХ, 1980.

Покровская С. Ф., Гладкова Л. И. Использование остатка сточных вод в сельском хозяйстве. М.: ВНИИТЭИСХ, 1977.

Потемкин Л. А. Охрана недр и окружающей среды. М.: Недра, 1977.

Предложения по использованию химических средств, обеспечивающих повышение газоустойчивости растений. М.: АКХ, 1971.

Проблемы создания защитных насаждений в условиях техногенных ландшафтов. Свердловск: УНЦ АН СССР, 1979.

Разработка и внедрение на комплексных фоновых станциях методов биологического мониторинга. Рига: Зинатне, 1983.

Растения и промышленная среда. Свердловск: СГУ, 1964–1980. Вып. 1–8.

Растения и промышленная среда: Материалы 3-й науч. конф. Киев: Наук. думка, 1976.

Резник Я. Общая гигиена применения ядохимикатов в сельском хозяйстве. Кишинев: Картя Молдовеняскэ, 1969.

Рекультивация почв, нарушенных промышленностью. Воронеж: Кн. изд-во, 1980.

Роль микроорганизмов в круговороте газов в природе. М.: Наука, 1979.

Рябинин В. М. Лесоводственная и физиологическая оценка загрязнения атмосферного воздуха. Петрозаводск: Петрозавод. ун-т, 1973.

Синельников В. Е. Проблемы чистой воды. М.: Знание, 1978. (Сер. Биология; № 4).

Слуцкер Д. С., Шафран Л. М. Загрязнение и охрана водоемов. Рига: Лиесма, 1975.

Смирнов В. В. Охрана биосферы и лесная растительность. М.: Лесн. пром-сть, 1977.

Смольянинов Н. Н. Биологический круговорот веществ и повышение продуктивности лесов. М.: Лесн, пром-сть, 1969.

Состояние и охрана пригородных лесов. М.: Лесн. пром-сть, 1977.

Строганов Б. П. Физиологические аспекты солеустойчивости растений. М.: Наука, 1962.

Тибор Б. Охрана окружающей среды. М.: Медицина, 1980.

Токин Б. П. Губители микробов — фитонциды. М.: Госкультпросветиздат, 1951.

Угрехелидзе Д. Ш. Метаболизм экзогенных алканов и ароматических углеводоров в растениях. Тбилиси: Мецниереба, 1976.

Уорд Б., Дюбо Р. Земля только одна. М.: Прогресс, 1975.

Федоров Е. К. Экологический кризис и социальный прогресс. Л.: Гидрометеоиздат, 1977.

Физиолого-биохимические механизмы повреждения и устойчивости растений. Новосибирск: Наука, 1981.

Фитонциды. Экспериментальные исследования, вопросы теории и практика. Киев: Наук. думка, 1975.

Фокина В. Д., Покровская С. Ф. Влияние загрязнений окружающей среды на сельскохозяйственных и диких животных. М.: ВНИИТЭИСХ, 1981.

Химия окружающей среды. М.: Химия, 1982.

Чкаников Д. И. Деградация пестицидов в растениях. — В кн.: Охрана природы и применение химических средств в сельском и лесном хозяйстве. Л.: Наука, 1981, с. 120–126.

Чуваев П. П., Кулагин Ю. З., Гетко Н. В. Вопросы индустриальной технологии и физиологии растений. Минск: Наука и техника, 1973.

Шабад Л. М. О циркуляции канцерогенов в окружающей среде. М.: Медицина, 1973.

Content

В. И. Артамонов
Растения и чистота природной среды

Введение

Глава 1. Влияние основных загрязнителей природной среды на растения

Глава 2. Растения — индикаторы загрязненности окружающей среды

Глава 3. Роль растений в детоксикации вредных загрязнителей окружающей среды

Глава 4. Устойчивость растений к фитотоксикантам

Глава 5. Растения вместо ядохимикатов

Глава 6. Некоторые проблемы озеленения территорий

Заключение

Литература