Растения и чистота природной среды
Шрифт:
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•108 т/год до 14,2•109 т/год.
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.
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 м3 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 м2 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 м2, и плюс к тому листовую поверхность, равную 51 м2. 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.
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 14CO2. В проростках кукурузы, побегах чая и тополя идентифицированы органические кислоты — муравьиная, яблочная, лимонная, янтарная, фумаровая, а также аминокислоты — лейцин, глутаминовая кислота, -аланин и глицин. Исследователи предполагают, что окисление метана в растениях осуществляется по схеме: метан->метанол->формальдегид->муравьиная кислота->…->CO2. 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 м3 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.