1.6. Растения и окружающая среда

    Хозяйственная деятельность человека, связанная с освоением природных богатств, развитием промышленного производства, лесного хозяйства и транспорта, сопровождается поступлением в окружающую среду целого ряда вредных веществ. Загрязняя атмосферу, воды и почву, они наносят большой, подчас непоправимый ущерб природе в целом и с/х культурам в частности, значительные повреждения растения и снижая урожай.
    Ежегодно в окружающую среду Кузбасса поступает 1,5 млн.т.вредных газов и пыли. Это 140-160 различных веществ. На каждого кузбассовца приходится атмосферных выбросов 0,5 тонн, что примерно втрое больше республиканских показателей. Промышленные города Кузбасса дают промвыбросов 69% от суммарной величины Томской, Новосибирсой областей, Алтая. Река Томь, еще не дойдя до Кемерова, трижды вбирается предприятиями и трижды ими выбрасывается. В воде фенолов - 4 ПДК нефтепродуктов 7 ПДК. А ниже Кемерова отдельных загрязнителей больше допустимого в 24-30 раз.
    Среди разнообразных атмосферных токсикантов наибольшую опасность для растений представляют сернистый ангидрит (SO2), соединения фтора (HF и FSi4), хлористый водород (НСI), окислы азота (NO, NO2), пылевидные частицы, содержащие абсорбированные газы и окислы различных металлов. Сернистый ангидрит поступает в атмосферу в основном в результате сжигания серосодержащего ископаемого топлива и переработки сульфидных руд при выплавке цветных металлов.
    Ежегодные выбросы SO2 в Кузбассе - 42 тыс. тонн.
    Основной вклад вносят Западно-Сибирский и Кузнецкий металлургический комбинат. В г. Кемерово основными источниками загрязнения являются коксохимичесий завод и п/о Азот. Коксохимзавод ежегодно выбрасывает 2277 т. СО, 1646 т. сажи, 931 т. S02, 372 т. N02. П/о Азот - 1789 T.N02, 1043 т. Сб2, 1004 т. NH3, 762 кг. SO2.

Таблица 2

Охрана воздушного бассейна 01.11.91 г.

Таблица (стр.97-101) продолжить

    В Кемеровском научно-исследовательском институте сельское хозяйства в природоохранных агротехнологиях успешно используются цеолиты.
    В области 42% всех газообразных выбросов поступает в атмосферу без предварительной очистки, (табл.2).
    Фтористые соединения поступают в атмосферу с выбросами алюминиевых и криолитовых заводов, предприятий по производству фосфатов и фосфорных удобрений. Для получения 1 т. алюминия расходуется 33-47 кг фтора, при этом 65% его попадает в атмосферный воздух.
    Большую опасность для окружающей среды представляет фотохимический смог, образующийся в воздухе, загрязненном углеводородами, окисью азота, окисью углерода и другими веществами в процессе реакций, протекающих под воздействием солнечного света. В состав смога входят озон, окислы азота, пероксиацетилнитрат (ПАН), многочисленные органические соединения перикисной природы, называемые с совокупности фотооксидантами. Фотохимический смог - обычное явление для больших городов и промышленных центров.
    Основные источники выбросов взвешенных частиц, в т.ч. содержащих токсические вещества, в Кузбассе - металлургические предприятия (47%), обогатительные фабрики (15%), цементные заводы, ТЭЦ (25%) (табл. 3). Наиболее загрязненный город - Новокузнецк, где проживает 22% всего городского населения. На его долю приходится 47% всех выбросов, в том числе 30% СО, 4% SO2, 3% N02, почти весь объём фтористых соединений, H2S, NH3. (табл.1)
    Причиной повсеместного возрастания всеобщей запыленности атмосферы является не только её загрязнение отходами промышленности, но и расширяющаяся бессистемная распашка земель, вырубка лесов, эррозия почв.
    По мере освоения новых технологических процессов и развития промышленного производства число атмосферных токсикантов возрастает. Кроме того, некоторые вещества под воздействием солнечного света, процессов конденсации, полимеризации и других претерпевают в воздухе химические превращения, в результате чего образуются новые, иногда еще более токсичные для растений соединения.
    Вследствие высокой подвижности атмосферы вредные вещества могут переноситься на значительные расстояния. По космофотоснимками установлено, что дымовые факелы промышленных предприятий прослеживаются на расстоянии в несколько километров. Опасные для растений вещества достигают высоких концентраций чаше всего вблизи источников эмиссий.
    Влияние на сельскохозяйственные растения и отдаленные последствия присутствия в атмосфере загрязняющих веществ.
    Загрязнение атмосферы приводит к различным нарушениям развития растений, вызывая сокращение сроков вегетации, уменьшение площади ассимилирующих органов, торможение ростовых процессов и прочее. Первыми в наибольшей степени повреждаются листья, осуществляющие интенсивный газообмен. Видимые повреждения обнаруживают по потере ранее свойственной листьям окраски, изменению формы листовой поверхности, появлению вздутий, некротических пятен и т.д.
    Симптомы повреждения растений сернистым ангидридом (50г) разнообразны и зависят от скорости поглощения загрязняющего вещества. При быстром проникновении в лист больших количеств токсиканта происходит разрушение мезофилла и возникает некроз листьев, четко ограниченный от соседних тканей, Такого рода острые повреждения появляются в том случае, если поступление в растение SO2 превышает их обезвреживающую способность, определяемую скоростью окисления токсичного SO2 благодаря нейтрализации и восстановительным реакциям до менее токсичного сульфита. Продолжительное действие низких концентраций токсичного вещества обычно сопровождается появлением неспецефического хлороза листьев.
    При небольших концентрациях SO2 в воздухе (менее 0,05 растения растут и развиваются нормально, но после превышения порогового значения, разного для различных растений, замедляется рост, повреждаются листья ослабляется растение в целом.
    У плодовых культур затормаживаются процессы созревания пыльцы, повреждаются рыльца пестиков в цветках, вследствие чего снижается плодоношение, ухудшается качество продукции растениеводства, снижается урожай.
    Концентрации SO2, вызывавющие острые повреждения растений, наблюдаются очень редко, что связано с проведением мер по контролю загрязнения воздушной среды. Однако возрастает частота воздействия низких концентраций этого газа в результате увеличения общего количества выбросов и строительства более высоких дымовых труб. Поэтому в отличие от условий загрязнения, складывавшихся несколько десятилетий тому назад, в настоящее время главную опасность для растительности представляет хроническое воздействие низких концентраций SO2, распространяющихся на больших территориях.
    Большую опасность для растений представляют фтористые соединения, оказывающие фитотоксическое действие в очень низких концентрациях (менее 0,6 мкг/м ). Фтор, в противоположной сере, не является необходимым для развития растений элемента и не участвует в обмене веществ. Поэтому и не происходит его детоксикации в растительной клетке. Фтор накапливается в растениях, создавая опасность для здоровья животных и человека при употреблении растений на корм или в пищу. Фтористые соединения присутствуют в воздушной среде в газообразной форме или в виде твердых частиц. Поглощение растениями фтора в виде твердых частиц невелико (не более 1 % от количества поглощенного газообразного HF в эквивалентной концентрации). Большая часть фтора в виде пыли, осевшей на поверхности растений, смывается дождевыми осадками и не проникает внутрь растений Наиболее опасен для растений HF, обладающий способностью накапливаться в растительном организме. ПДК для HF - 0,02 мг/м для долговременного воздействия, 0,04 мг/м - для кратковременного. Высокие концентрации HF, действующие кратковременно оказывают более сильное повреждающее воздействие на растения и приводят к большему накоплению F в организме растений, то же количество HF, рапределенное на более длительный отрезок времени.
    Однако высокие, но кратковременно действующие цен грации HF, вызывающие сильные повреждения растении обнаруживают в основном на территориях, расположенных вблизи мощных источников выбросов или при неблагоприятных природных условиях. Чаще всего встречаются повреждения, выданные длительным действием невысоких концентраций токси-канта,- создающих опасность его накопления в растениях.
    Появление симптомов повреждений связано с перемещением фторидов, поглощенных из воздуха к верхушкам и краям листьев. Вначале на листьях образуются хлоротические пятна, сопровождающиеся некрозами и иссушением тканей. Листья покрываются пятнами светло-коричневого или бурого цвета. Естественное содержание фторидов в растениях, выросших в свободных от промышленного загрязнения районах, невелико и составляет менее 20 г/млн. Допустимое содержание фторидов в кормах не должно превышать 30-40 г/млн сухого веса. Избыточное накопление фтора в кормовых растениях может стать причиной заболевания животных, известного под названием флюороз. Фтор может поступать в организм животных также через дыхательные пути и питьевую воду. Симптомы хронического флюороза включают дефект эмали резцов, поражение суставов и повышенную ломкость длинных трубчаты костей, ребер, нижних челюстных костей, а также нарушение функций ферментов. Заболевание сопровождается затруднением жевания, отсутствием аппетита, хромотой, потерей веса, снижением плодовитости и уменьшением мясной и молочной продуктивности. Фтористые соединения могут накапливаться и в растительной продукции, используемой в питании человека. По имеющимся данным, содержание фтора в овощах, выращиваемых вблизи алюминиевого завода, колеблется от 0,5 до 100 мг/кг.
    Отрицательное влияние на рост растений оказывает избыточное содержание в атмосфере окислов азота. Источниками загрязнения ими воздуха, кроме установок для сжигания топлива, являются предприятия, производящие туковые удобрения, азотистую кислоту и нитраты, анилиновые красители и пр. Характерные признаки действия на растения двуокиси азота - переферическое повреждение листьев, скручивание их вовнутрь, коричневая окраска на завершающем этапе. Эти повреждения приводят к появлению ксероморфизма у растений. Присутствие в атмосфере NO в концентрации 0,08 мг/м и более задерживает рост и развитие овощных культур, снижает их урожайность и качество продукции.
    Хлористый водород (HCI) поступает в окружающую среду с выбросами предприятий химической промышленности, а также при сжигании угля и нефти. Помимо воздействия НСI на растения через воздушную среду, происходит ухудшение роста растений в результате засоления почв. Урожайность сельскохозяйственных культур снижается на 30-50%. Наиболее сильно страдают от загрязнения среды такие чувствительные к HCI культуры, как гречиха и картофель.
ПДК для HCI в течение периода роста 0,1 мг/м, для кратковременного воздействия - 0,2 мг/м.

Влияние комбинаций газообразных загрязняющих веществ на растения
    В естественной среде растения подвергаются обычно воздействию сразу нескольких токсических газов, поскольку загрязнение атмосферы создает ситуацию, характеризующуюся одновременным присутствием в воздухе нескольких загрязняющих веществе низких концентрациях. При совместном действии нескольких токсических агентов повреждающий эффект чаще всего возрастает. Изменения в растениях, вызываемые SO2, усиливаются при попадании в них вместе с этим газом других токсикантов, одновременно содержащихся в воздухе, таких как окислы азота и озон.

Действия атмосферной пыли на растения
    Пыль, содержащаяся в воздухе во взвешенном состоянии, оседает на надземных органах растений. Осевшие на листьях пылевидные частицы оказывают на них разностороннее влияние. Физическое действие пыли проявляется прежде всего в образовании чехла, препятствующего нормальному тепло- и влагообмену листа с атмосферой и уменьшающего интенсивность доступного для растений света. Температура листа повышается на 8-10 градусов, соответственно увеличивается скорость транспирации. При сплошном покрытии листьев пылью транспирационные потери полностью прекращаются, и растения погибают.
    Химическое действие пыли определяется составом, количеством и токсичностью для данного растения.
    Из твердых частиц для растений наиболее вредны соли тяжелых металлов, содержащиеся в выбросах автотранспорта и предприятий цветной и чёрной металлургии. Из них широко распространены соединения Pb,Cu, Co, Ni, Cd. Оседание на растениях пыли тормозит рост растений, снижает размер вегетативной массы хозяйственно-ценной части урожая.

Скрытые повреждения
    В настоящее время для большинства территорий Кемеровской области создастся ситуация, характеризующаяся длительным воздействием загрязняющих веществ в низких концентрациях. При этом повышается возможность появления у растений так называемых скрытых повреждений, под которыми понимается функциональное повреждение растений токсическими агентами без видимых проявлений этого воздействия. Такого рода повреждения обычно предшествуют появлению визуально различимых нарушений в состоянии растений. Без визуально различимых симптомов повреждений у растений может происходить не только подавление роста и изменение чувствительности к неблагоприятным факторам среды, но и снижение продуктивности с признаками флороза или раннего старения.
    Установлено, что при воздействии HF следует ожидать больше скрытых повреждений, чем при действии SO2. HCI также может вызвать снижение урожаев без видимых морфологических изменений. Так, газация растений клевера лугового НСI в концентрациях 12 мг/м в течении 50 часов приводила к значительному торможению роста, при этом не было заметно никаких внешних признаков повреждений. Идентификация скрытых повреждений имеет важное практическое значение для выявления причин и масштабов ущерба, наносимого атмосферными токсикантами культурным растениям.
    Истинные размеры снижения продуктивности сельхозкультур и ухудшения роста естественной растительности могут быть определены только путем наблюдения за процессами роста и проведения химического анализа растений (в сочетании с данными автоматического контроля за состоянием воздушной среды).
    На загрязнение атмосферы в большей степени реагируют зерновые культуры. Качество сельскохозяйственной продукции, выращиваемой в условиях загрязненного воздуха, заметно ухудшается. У кормовых растений, подвергшихся воздействию SO2, снижается содержание протеина и ухудшается его перевариваемость, у сахарной свеклы и картофеля уменьшается содержание сахара и крахмала. Известковая пыль, выбрасываемая в воздух цементными заводами, может вызвать неправильное брожение свеклы и кукурузы при их силосовании.