1.6.5. Растения как индикаторы загрязнения атмосферы
    Растения, проявляющие специфические реакции на присутствие в воздушной среде примесей, могут быть использованы в качестве биологических индикаторов загрязнения воздуха.
    Многообразие и средовая обусловленность жизненных функций растений позволяет рассматривать их как основной объект биологического мониторинга среды. Растения считаются надёжными индикаторами загрязнений природной среды различными токсичными веществами в связи с тем, что не могут уйти от стрессового воздействия и вынуждены адаптироваться к нему с помощью физиолого-биохимических, ультраструктурных и анатомо-морфологических перестроек. Поэтому фиксация и оценка этих изменений дают достоверную картину условий место произрастания растений и отражают состояние городской среды.
    Наблюдая за признаками повреждения растений, нарушением их роста и репродуктивного цикла, снижением урожайности, особенностями распространения отдельных видов, можно обнаружить присутствие в воздухе специфических загрязняющих веществ и выявить уровень загрязнения окружающей среды. Полученные в ходе таких наблюдений данные будут служить дополнением к Другим сведениям о качестве воздуха.
    На изменение концентраций различных примесей в атмосфере чутко реагируют лишайники. Еще в 1866 году финский лихенолог В.Нюландер, описавший лишайники Парижа, отметил видовую бедность лихенофлоры большого города по сравнению с флорой его окрестностей. При повышении степени загрязнения воздуха.Первыми исчезают из городов кустистые лишайники, затем листовыe и, наконец, накипные (корковые) лишайники. Степень подверженности их воздействию загрязнённого воздуха колеблется от вида к виду, что позволяет построить индикаторные шкалы, характеризующие выживаемость определенных видов лишайников в условиях загрязнённого воздуха. К тому же имеется возможность количественно регистрировать реакцию лишайников на загрязняющие вещества. Для этого лишайники срезают вместе с корой деревьев в незагрязненных районах, помещают на специальные стенды и выставляют в обследуемых районах. Скорость отмирания слоевища регистрируют при помощи фотоснимков, которые делают через определенные промежутки времени. На основании полученных данных составляют карты, показывающие степень загрязнения воздуха, по которым определяют границы загрязнённого района. Для составления карт используют также данные о частоте встречаемости лишайников (таблица 4) и мхов и степени покрытия ими стволов.

Определение класса загрязнения по лишайникам (Таблица 4)

    Помимо лишайников и мхов для оценки уровня загрязнений воздуха и его токсичности для живых организмов используют высшие растения, произрастающие постоянно в естественных условиях или экспонируемые определённый период времени в вегетационных сосудах. Наиболее пригодны для этой цели растения табака (индикатор на Оз), некоторые виды трав. Так кресс-салат и полевица могут быть индикаторами на загрязнение среды тяжёлыми металлами.
    Для контроля за загрязнением среды фтором предложен способ использования дернины трав, обладающих устойчивостью к этому токсиканту, интенсивным ростом и высокой газопоглотительиой способностью. Периодически определяя фтор в листьях этих травянистых растений, можно установить дальность распространения фторсодержащих выбросов от источника эмиссии и пригодность трав, содержащих фтор для скармливания или выпаса животных. Индикатором на фтор является также плевел.
    Для экологической оценки прогнозирования наиболее перспективны древесные формы, так как они являются регистрирующими структурами достаточно длительного действия.
Из древесных пород к наиболее чувствительным к загрязнениям относят сосну, липу, берёзу.
    Влияние городской среды сказывается на самых разных сторонах жизнедеятельности растений.
    Фотосинтетический аппарат, имеющий огромную поверхность контакта со средой, в первую очередь и в наибольшей степени подвергается неблагоприятным воздействиям городских условий. Исследуя экологический профиль города (лес - загородный парк -парк жилого района - парк промышленного района - уличные посадки - территория промышленного предприятия) можно определить, как изменяется состояние фотосинтетического аппарата по мере возрастания напряжённости влияния городской среды. Изменения в строении фотосинтетического аппарата происходят на всех уровнях его организации (крона, лист, ткани, клетка, хлоропласт). В городских условиях изменяется структура, форма и размеры кроны. Увеличивается её прозрачность из-за меньшего количества листьев и уменьшения листовых пластинок (у всех пород в городе площадь листа уменьшается в 1,5 -2 раза). Строение листа изменяется в сторону ксероформоза. Листовая пластинка утолщается в результате утолщения мезофилла с сохранением числа слоев клеток. Возрастает число устьиц, увеличивается площадь жилок на единицу площади листа, уменьшаются размеры хлоропластов, т.е. с нарастанием городских влияний отмечается общая для всех видов тенденция к редукции ассимилирующих структур и снижению фотосинтетической мощности листа.
    Зелёные насаждения - весьма доступное средство мелиорирования среды. Они способны сыграть значительную роль в оздоровлении городской среды и результате метабилизации и инактивации многих химических соединений (таблица 5, 6).

Газопоглотительная способность растений Таблица 5
(в г. на 5- кг сырой зеленой массы)

Газопоглотительная способность тополя сибирского (Таблица 6)
(по Ю.Кулагину)

    Исследования кафедры ботаники Кемеровского госуниверситета по изучению устойчивости растений в условиях промплощадок и жилых районов г.Кемерово показали, что характеристика зелёных насаждений должна входить необходимым компонентом в интегральный показатель экологической ситуации промышленного города.
    Мониторинг состояния зелёных насаждений важен для выяснения непосредственной реакции живого организма на изменения качества окружающей среды как в целом городе, так и в любой его точке.
    Загрязнения могут оцениваться по общему состоянию и, особенно, по приростам древесных. Но необходимо учитывать, что индикационные возможности одних и тех же видов в разных регионах могут быть различными.
    Так дендрофлора озеленительных насаждений в Кемерове составляет 91 вид из них 39 видов деревьев и 52 вида кустарников. Однако следует учесть, что в список видов включены и растения, выращиваемые у частных усадеб (груша уссурийская, вишня обыкновенная, ольха кустарниковая и др.),
    Анализ озеленительных насаждений г.Кемерово показывает, что большую часть составляют интродуцированные виды (экзоты -54 вида). Некоторые из них используются в озеленении долгое время (вяз приземистый, клён ясенелистный, тополь бальзамический, сирень обыкновенная и венгерская и др.). Длительное испытание этих видов в городских условиях позволяет исключить из дальнейшего использования в зеленом строительстве клён ясене-листиый (мало декоративен, переходит в группу сорных растений), тополь бальзамический (малоустойчив к вредителям и болезням после 20 лег). Из дендрофлоры Кемеровской области в озеленении используется 37 видов. Широко используется рябина сибирская, липа, лиственница, сосна обыкновенная, берёза повислая, дерен белый. Остальные высаживаются редко или единично. Многие декоративные виды местной флоры не используются. Так в зеленых насаждениях отсутствует тополь белый, можжевельник сибирский и казацкий, ива росистая, спирея зверобоелистная, крушина ломкая, жимолость алтайская.
    Многолетний опыт исследования состояния зелёных насаждений в различных районах промышленного города, установление количественно-видового состава и выявление степени поврежденности посадок, изучение способности накапливать тяжелые металлы и серосодержащие соединения, а также сопоставление результатов исследований с уровнем загрязнения позволили сотрудникам лаборатории физиологии растений кафедры ботаники разработать экологическую карту города Кемерова. В карте нашли отражение;
    - количественно-видовой состав и плотность деревьев и кустарников;
    - степень повреждённости посадок, накопление в них серы и тяжёлых металлов, являющихся отходами энергетики, химических предприятий и автотранспорта;
    - рекреационная нагрузка на парки и пригородные зоны;
    - основные источники антропогенных загрязнений и распространение выбросов с учетом "розы ветров".
    Благодаря данным, полученным при создании карты, можно проводить мониторинг состояния зелёных насаждений в городе и загрязнения окружающей среды, очистку атмосферного воздуха от газоообраэных и пылевидных загрязнителей.
    Экологическая карта окажет несомненную пользу службам благоустройства и озеленения города в решении задач оздоровления окружающей среды при:
    - планировании аллейных, бульварных и парковых насаждений с учетом ассортимента устойчивого к комплексу антропогенных воздействий;
    - создании зелёных санитарно-защитных зон промышленных предприятий;
    - уходе за зелёными насаждениями.
    Работа промышленных предприятий и транспорта сопровождается поступлением в атмосферу и почву различных веществ и соединений, многие из которых оказывают неблагоприятное влияние на сельскохозяйственные культуры, приводят к снижению урожая и ухудшению качества сельскохозяйственных продуктов и, в конечном итоге, могут оказывать токсическое действие на животных и человека. Проводятся исследования, направленные на выявление источников и зон загрязнения, загрязняющих веществ и механизма их воздействия на различные растения, путей миграции токсичных для животных и человека веществ. Разрабатываются способы контроля загрязнения и меры защиты сельскохозяйственных растений от вредного воздействия загрязнений.
    Вблизи промышленных предприятий и вдоль автомагистралей обнаруживают угнетение выращиваемых культур и накопление в них веществ, представляющих угрозу для здоровья людей и животных. Среди разнообразных атмосферных токсикантов наибольшую опасность для растений представляют сернистый ангидрид" фтористый водород, окислы азота, хлористый водород, фотохимические оксиданты и пылевые частицы, содержащие тяжелые металлы. Воздействие их на растения в повышенных концентрациях приводит к ухудшению роста и снижению урожайности сельскохозяйственных культур.
    Зона опасного для сельскохозяйственного производства загрязнения, создаваемого промышленными предприятиями, распространяется на 3км от источника эмиссии, автотранспортом - на 50-100м по обе стороны от автомагистрали. При ведении сельского хозяйства в этих зонах необходимо учитывать возможность ухудшения роста растений и снижение качества сельскохозяйственной продукции и принимать меры по снижению ущерба (вводить ограничения на сельскохозяйственное использование этих зон и устанавливать зоны разрывов).
    Б результате проведения мер по контролю загрязнения высокие концентрации токсических веществ встречаются реже. Однако, согласно результатам исследований, можно ожидать на больших территориях увеличения стрессового воздействия низких концентраций загрязняющих веществ, создающих опасность снижения продуктивности сельскохозяйственных растений без проявлении видимых симптомов повреждений.
    Предотвратить или ослабить повреждающее действие загрязняющих воздух веществ на растения позволяет создание оптимальных условий обеспеченности растений в особых случаях (для защиты высокоценных культур от сильного загрязнения) физиологически активными веществами для нейтрализации поступающих в листья токсинов. Наиболее перспективный путь - подбор невосприимчивых к токсикантам растений и выведение устойчивых сортов.
    На рост растений отрицательное влияние оказывает также загрязнение почв токсическими веществами, вызываемое захоронением в почве промышленных отходов, выпадение из атмосферы разных примесей, а в некоторых случаях - использование в качестве удобрений осадков сточных вод, коми остов из городского мусора и прочее. В глобальном масштабе концентрация в почве нежелательных веществ еще не достигла уровней, при которых могут проявляться их токсические свойства. Тем не менее увеличивающееся с каждым годом поступление в окружающую среду входов может создавать в отдельных районах опасные ситуации, "первую очередь это относится к накоплению свинца, кадмия, мышьяка и ртути.
    В условиях загрязнения окружающей среды разрабатываемые черы позволяют лишь частично решить проблемы защиты растений от повреждающего действия вредных веществ, содержащихся в воздухе и почве. Радикальное решение заключается в совершенствовании технологических процессов и разработке безотходного или малоотходного производства.