Растения и чистота природной среды

В настоящее время ученые создают штаммы бактерий, которые сигнализировали бы о присутствии различных токсикантов, а также конструируют приборы, в которых детекторами загрязнений служат сменные патроны, заполненные питательной средой с бактериями. Прекращение свечения бактерий под действием вредных примесей будет восприниматься фотоэлементами, которые подадут соответствующие сигналы человеку.

Приборы подобного типа будут использоваться для определения опасных концентраций анестезирующих веществ в операционных, содержания ядохимикатов вблизи обрабатываемых полей, для обнаружения утечки ядовитых веществ в лабораториях, а также в поисках полицией наркотиков.

* * *

Приведенные примеры свидетельствуют о том, что селекционеры могут сделать весьма многое для создания растений — индикаторов различного рода загрязнений атмосферы. Очень чувствительные растения, по существу, могут заменить сложную дорогостоящую установку для газовых анализов. Такой «газоанализатор» окажется доступным каждому человеку.

При использовании растений в качестве индикаторов загрязненности атмосферы следует иметь в виду, что сила ядовитого действия загрязнений зависит от состояния устьиц. Состояние устьиц, в свою очередь, определяется климатическими факторами. В засушливом году устьица открыты слабее, чем в достаточно влажном, поэтому растения, растущие вблизи очагов загрязнения атмосферы, будут повреждаться в меньшей степени. Опыты, проведенные в Югославии, хорошо подтверждают эту мысль. В засушливом 1971 г. содержание серы в растениях, произрастающих в условиях постоянного загрязнения атмосферы, источником которого являлись железорудные заводы «Зеница», было меньше, несмотря на то что заводы работали более производительно. В связи с этим рекомендуется при использовании листьев древесных пород в качестве индикаторов загрязнения атмосферы учитывать характер метеорологических условий года и вносить соответствующие поправки.

Глава 3. Роль растений в детоксикации вредных загрязнителей окружающей среды

Определить с помощью растений степень загрязненности воздуха и воды вредными веществами — значит решить только часть проблемы охраны окружающей среды. Каким образом можно избавиться от вредных примесей? Здесь на помощь человеку вновь приходят растения.

Борьба с загрязнением атмосферы и гидросферы должна вестись прежде всего с помощью технологических приемов. Однако применение даже очень совершенных фильтров не может полностью предотвратить поступление в окружающую среду вредных веществ. Кроме того, технологические усовершенствования часто нейтрализуются ростом числа объектов, загрязняющих окружающую среду.

В связи с этим наряду с технологическими способами борьбы с загрязненностью атмосферы и гидросферы должен шире применяться биологический метод. Растения призваны дополнять технологические способы борьбы с запыленностью и задымленностью атмосферы, осуществлять доочистку сточных вод.

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•10¹⁵ 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.