Растения и чистота природной среды

Артамонов Вадим Иванович

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 CO₂ в воздухе в течение лета ниже, чем зимой, на 0,00008 %, а в Южном полушарии — на 0,00002 %.

Интенсивность усвоения CO₂ 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 дм² 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.