Растение и их роль в чистоте природной среды
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.
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.
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.
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.
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.
Приведенные выше материалы свидетельствуют о важной роли растений в очистке окружающей средыот 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.
Источник