Экологические последствия влияния техногенных факторов на биосферу. Глобальные экологические проблемы

Немецкие ученые установили, что за 8 лет даже на глубине 60 см соотношение Ca/Al понизилось на 50%.Работы, проведенные в Чехии и Словакии, показали, что в результате выпадения кислотных дождей рН почвы в ельниках изменился от 3,2-6,2 до 2,2-4,4. По данным шведских ученых, за последние 60 лет содержание кислоты в почвах увеличилось почти в 10 раз, а рН почвы понизился на 0,7-1,2 единицы. При этом насыщенность почвы основаниями уменьшилась на 50%, а количество подвижного алюминия возросло. Исследования, проводимые на протяжении 20 лет в Швеции, свидетельствуют о ежегодном снижении прироста древесины на 0,3% в районах, подверженных выпадению атмосферных осадков, содержащих серную кислоту (Н₂SO₄). В целом в Европе зарегистрировано уменьшение прироста лесов на 4-13 % под влиянием атмосферных загрязнений, что приводит к потере около 4,5 млн. м³ древесины в год. Свыше 1 млн. га лесов в Европе несут значительные потери от кислотных дождей. Поступление кислот в лесные экосистемы этого региона превысило естественный уровень более чем в 100 раз.

В ХХ-XХI вв. загрязненный атмосферный воздух стал серьезным экологическим фактором, который непосредственно влияет на морфогенез и метаболизм растений, их генотип и, в конечном итоге, генофонд популяций, или влияет опосредовано (через почву, осадки).

Газообразные загрязнители проникают в растение главным образом через устьица. Поглощенные токсические вещества растворяются в пленочной воде оболочек клеток мезофилла и в виде ионов кислот  и других ионов проникают через липопротеидные мембраны внутрь клеток. Большинство кислых газов аккумулируется в хлоропластах, где они вызывают депрессию или полное прекращение фотосинтеза, разрушение структур.

Механизм действия кислых газов на растения заключается в нарушении обмена веществ, фундаментальных процессов фотосинтеза и дыхания, водного режима, деятельности многих ферментов вследствие подкисления клеточного сока и цитоплазмы. Под влиянием газообразных токсикантов нарушается катионно-анионный баланс клеток растений, синтез органических соединений, макроэргических веществ (АТФ), накапливаются балластные токсические продукты, разрушаются  фотосинтетические структуры, повреждаются электронно-транспортные пути миграции энергии от фотосинтетических пигментов к центрам их использования, уменьшается эффективность использования световой энергии для восстановительных процессов, возникают автокаталитические цепные реакции свободно-радикального и фотодинамического окисления.

В зарубежных странах в целях унификации допустимых норм загрязнения воздуха сформулировано новое их понятие – «критические уровни». Это такие концентрации загрязняющих веществ, выше которых могут начаться прямые отрицательные воздействия на растения. Для SO₂  - наиболее опасного и распространенного загрязнителя воздушной среды установлены следующие ранги критических уровней: 1 – физиологический (по нарушению физиологических функций - среднегодовая концентрация SO₂  20 мкг/м³); 2 – ростовой (по  нарушению роста – среднегодовая концентрация SO₂ 30 мкг/м³); 3 – продуктивный (по снижению прироста или урожайности – среднегодовая концентрация SO₂ > 30  мкг/м³).

В  нашей стране установлены предельно допустимые концентрации (ПДК) для 160 веществ и 35 комбинаций атмосферных загрязнителей. На основе санитарно-гигиенических ПДК рассчитывают предельно допустимые выбросы (ПДВ) предприятий. Расчет основан на положении, что загрязнение воздуха в любой точке распространения газов предприятий не должно превышать установленных санитарно-гигиенических ПДК.  Однако при этом не учитывается более высокая чувствительность растений и лесных экосистем к токсическим промышленным газам. Это привело к тому, что даже при соблюдении ПДК и ПДВ вокруг промышленных предприятий и в условиях урбанизированной среды повреждаются и гибнут растения, прогрессируют процессы эрозии почв.

Развитие экологической ситуации на планете Земля в последние 30-40 лет показало, что санитарно-гигиенические ПДК вредных газов недостаточны для обеспечения безопасного функционирования растительности и в большинстве случаев для  растений велики, поэтому в 1984 г. были разработаны временные нормативы ПДК для лесов и растений (ПДК-Л), основанные на учете величины подавления фотосинтеза у растений в загрязненной вредными газами атмосфере (табл. 6).

Таблица 6

Нормативы предельно допустимой концентрации вредных веществ в атмосферном воздухе (мг/м³) – санитарные  (ПДК – С) и для лесов и растений (ПДК-Л)

ПДК для лесов и растений по наиболее распространенным и опасным ингредиентам загрязнения воздуха гораздо меньше соответствующих санитарно-гигиенических ПДК и составляют 30-100% от их значений. В то же время известно, что средняя концентрация основных техногенных атмосферных загрязнителей (диоксид серы, диоксид азота, фтористый водород, хлор,  формальдегид, пыль и др.) в городах СНГ превышает ПДК – Л в 2-33 раза. Отсюда становится понятной причина столь неудовлетворительного состояния зеленых насаждений в условиях городов и промышленных предприятий.

С учетом ПДК – Л предложена шкала оценки экологических условий для роста древесных пород:

1 – чистые зоны  (концентрация SO₂ в воздухе до 0,011 мг/м³);

2 – слабо загрязненные зоны (концентрация SO₂ в воздухе  0,012-0,023 мг/м³;

3 – средне загрязненные зоны (концентрация SO₂ в воздухе 0,024-0,030 мг/м³;

4 – сильно загрязненные зоны (концентрация SO₂ в воздухе 0,041-0,080 мг/м³;

5 – очень сильно загрязненные зоны (концентрация SO₂ в воздухе более 0,08 мг/м³).

Повреждение растений токсическими газами значительно возрастает