Использование данных о поглотительной способности урбоэкосистемы в прикладных аспектах

9. Строгонов Б.П.. Физиологические основы солеустой-

чивости растений. - М.: Наука, 1962. - 364 с.

10. Стуйвер К.Е., Де Кок Л.Дж., Вестерман С. Серная недостаточность у Brassica oleracea: особенности развития, биохимические признаки и взаимодействие сера-азот // Физиология растений. - Т. 44. - 1997. -№4.-С. 581-590.

11. Шевякова Н.И.. Метаболизм серы в растениях. - М.: Наука, 1979,- 160 с.

12. Altman A., Alegrand T.,Pelah D., Tzfira Т., Vinocur В., Wang W. And Yamitzky O. Molecular biology og drought tolerance and transformation of populis and pinus at the Hebrew university of Yerusalem // Dendrome. 1998. V. 3. N 2. - P. 5-7.

13. Glavac V., Koenis H., Ebben U. Season variation and axial distribuion of cadmium concentations in trunk xy-lem sap of beach trees (Fagus sylvatica L.) // Angew. Botanik. 1990. V. 64, N 3/4. - P. 357-364.

14. Kuznetsov V.V., Rakitin V.Yu., Borisova N.N., Rotsch-upkin B.V. Why does heat shock increase salt resistance in cotton plants? // Plant Physiology Biochem. 1993. V. 31.-P. 181-188.

15. Лапина Л.П., Строгонов Б.П. Локализация солей в клетках в связи с приспособлением растений к условиям засоления // Успехи современной биологии. -Т. 88. - 1979. - Вып. 1(4). - С. 98-107.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ДАННЫХ О ПОГЛОТИТЕЛЬНОЙ СПОСОБНОСТИ УРБОЭКОСИСТЕМЫ В ПРИКЛАДНЫХ АСПЕКТАХ

О.В. ЧЕРНЫШЕНКО, МГУЛ

Поглотительная способность растений -это способность поглощать атмосферные загрязнители. Наибольшей газопоглотительной способностью обладают древесные растения [5]. За ними по мере снижения поглотительной способности идут местные сорные травы, цветочные растения и газонные травы. Газопоглотительная способность видов зависит от их газоустойчивости [8].

В насаждениях газы поглощают не только растительность, но и почва, вода, подстилка, поверхность стволов и ветвей деревьев. Поглотительная способность насаждений зависит от состава пород, полноты, бонитета, возраста, ассимиляционной поверхности крон деревьев, длительности вегетации. Также на величину поглотительной способности оказывают влияние характер атмосферного загрязнения воздуха и процессы транслокации ингредиента [8, 9].

В условиях оптимальных для фитоценоза лучше выражено и поглощение вредных газов растениями. В неблагоприятных условиях снижается поглощение газов растительностью, при этом увеличивается роль почвы. В почве создаются более благоприятные условия для аккумуляции газа, так как в лесу она имеет достаточно высокую влажность, рыхлое строение. При определении

газопоглотительной способности необходимо оценивать: интенсивность поглощения, динамику газопоглотительной способности, общую емкость поглощения [2].

Нами с 1986 по 1996 гг. исследовалась поглотительная способность древесных насаждений в городе Москве. Мы определяли газопоглотительную способность 40 видов древесных растений, широко используемых в озеленении города. Получены данные по накоплению сернистого газа, окислов азота, тяжелых металлов, пыли, т.е. основных загрязнителей города. Все показатели поглотительной способности древесных растений резко отличаются по годам. Динамика накопления загрязнителей зависит от климатических характеристик вегетации. В условиях сильного загрязнения атмосферного воздуха поглотительная способность древесных растений равна 0. После проливных дождей наблюдается полное вымывание, иногда на 120 %, накопленных загрязнителей в почву. То есть данные поглотительной способности очень лабильны и требуют к себе внимательного отношения при расчетах.

В настоящее время в литературе появилось много расчетов поглотительной способности насаждений и ее экономической стоимости. Математики, экономисты, эколо-

ги все свои расчеты производят по литературным данным. Цифры, взятые для таких расчетов, обычно взяты без понимания физиологической сущности, и расчеты сделаны только ради расчетов, к действительной поглотительной способности это не имеет никакого отношения.

Например, многие исследователи используют цифры У.Х. Смита из его книги «Лес и атмосфера» [7] при расчетах газопоглотительной способности дерева в Москве. Книга вышла в 1985 г. в СССР, а в Америке в 1981 г. В ней обобщаются данные за 1970— 1976 гг. После выхода книги в 1985-1990 гг., все исследователи (на Урале, на Украине, в Минске, Мончегорске и т.д.) сравнили данные У.Х. Смита со своими. В этот период времени вышло очень много публикаций по этому поводу. Однако в литературе до сих пор встречаются модные экологические расчеты, базирующиеся на этих данных. Когда их используют экономисты и математики, это не так обидно, но когда биологи, то остается только сожалеть.

Поэтому мы возвращаемся к этим данным через 15 лет после выпуска книги и попытаемся сравнить свои экспериментальные данные с цифрами из книги этого автора.

По расчетам У.Х. Смита 1 га модельного леса поглощает 748 т БОг или 374 т серы. Если учесть его же расчетную скорость (табл. 5.9, стр. 130) поглощения БОг 1 м2 поверхности листьев (41 мг/м2ч) и почвы (7,7 г/м2ч), то из этого количества растительность связывает из воздуха 3,88 т газа (0,52 %), а почва - 744,12 т (99,48 %). В этом случае зеленая сухая фитомасса древесных растений (856 кг) будет содержать 2,266 г серы в 1 г сухого вещества, а 1

-у

м сухих листьев - 129,16 г серы. Столько поглотить и накопить листья серы не могут, так как по нашим данным, при накоплении более 1,0 мг в 1 г хвойных и 2-3 мг серы у лиственных видов начинается некрозообра-зование и резкое снижение поглощения газа. При накоплении более 10 мг в 1 г наступает гибель ассимиляционных органов. Маловероятна также величина накопления БОг

744,12 т на 1 га почвы. Это может привести к накоплению от 14 до 23 г сульфата на 100 г почвы. В этом случае почвы будут непригодны для произрастания древесных пород уже через 2-3 недели.

Оценочная величина поглощения БОг 1 га модельного леса (748 т) у У.Х. Смита неверна, так как для такой эффективности экосистема должна поглощать газ 403 дня в году и с равной скоростью днем, ночью и в течение всего года.

Вероятно, определенную дополнительную роль в поглощении газа экосистемой принимают: лесная подстилка, сухая ветошь и поверхность стволов и ветвей. Вместе с тем, вызывает сомнение удельная роль в поглощении газа биогенных и абиогенных компонентов лесной экосистемы, которые приводит У.Х. Смит в табл.6.6. В этом случае у него лесная растительность связывает 0,34 % БОг, а почва 99,68 % БОг-Глобальные расчеты почти всех экспертов [1, 3, 4] дают, на наш взгляд, более верные показатели относительной роли компонентов биосферы в поглощении 80г из воздуха (растительность - 16,6 - 21,4 %; почвы -78,5-83,4 %).

Вызывает также сомнение возможность постоянства скорости связывания газа листьями растений прл увеличении фона накопления серы в них. Немаловажной причиной полученных различий в поглотительной способности 1 га модельного леса в том, что нами учитывается физиологический принцип. В работе У.Х. Смита не дано физиологического обоснования эффекта действия поглощенного сернистого газа. Вероятно, его интересовала лишь потенциальная поглотительная способность.

Мы попытались применить методику У.Х. Смита для расчета поглотительной способности экосистемы и сравнить получаемые результаты с расчетами по нашей методике. Скорость поглощения газа поверхностью листьев и почвы определена нами на основании экспериментов в газовой камере и на коксохимическом заводе.

Из табл. 1 видно, что нами получены сопоставимые скорости поглощения

сернистого газа через 1 м2 в час. Скорость поглощения газа наиболее высока у почвы, затем, по мере снижения ее стоят листья древесных растений, хвоя, листья злаков. Вместе с тем, ощущается зависимость скорости поглощения сернистого газа от концентрации его как у растений,'так и у почвы. На основе этих показателей рассчитана (табл. 2) поглотительная способность трех типов ценозов: лиственного, хвойного насаждения и злакового ценоза. Для сравнения с данными У.Х. Смита нами использованы его данные 1 га модельного леса (площадь ассимиляционного аппарата 15,010 м , сухой вес 900 кг), но при расчете использованы временные показатели функционирования компонентов экосистемы, типичные для нашего района. Например, продолжительность поглощения газа лиственным лесом 120 дней х 10 ч = 1200 ч, хвойным лесом 240 дней х 10 ч = 2400 ч, злаковым ценозом - 1200 ч, почвой - 180

дней х 24 ч = 4320 ч, снеговым покровом -55 дней х 24 ч = 1320 ч.

Из табл. 2 видно, что поглотительная способность зеленой фитомассы лиственного леса, рассчитанная по нашим показателям скорости поглощения сернистого газа, ниже, чем у У.Х. Смита в 2,5-3 раза. Только в условиях влияния сернистого газа высокой концентрации выше в 2,5 раза. Хвойные насаждения и злаковый ценоз поглощают в 2-3 раза меньше газа.

Близкие расчетные данные к данным У.Х. Смита нами получены (см. табл. 2) для условий действия высокой концентрации газа - 940 мг/м3. В этом случае ассимиляционный аппарат растений погибает полностью через 1-2 ч действия газа. Наши опыты, выполненные в газовых камерах, показали, что 20-минутное действие такой концентрации достаточно, чтобы вызвать повреждение листьев и хвои на 14-80 %.

Таблица 1

Скорость поглощения сернистого газа модельной экосистемой, мг/м2ч

Компоненты По Смиту Эксперимент, концентрация S02, мг/м3

2 150 940

Листья 41 16,8 12 100

Хвоя - 2,8 - -

Листья злаков - - 5Д 66

Почва 7700 128 202,8 13600

Таблица 2

Расчетная поглотительная способность 1 га модельного леса, кг/%

Компоненты По Смиту Концентрация S02 (мг/м3) в воздухе

150 940

Листья Хвоя 738 0,22 302 4,95 100,8 261,1 2,33 1800 о.з

Почва 332200 5530 1,7 5530 8761 586224

99,7 93,63 93,63 94,7 99,64

275 275 275 275 275

Снег 0,08 4,5 4,65 2,97 0,05

Всего 333013 6104 5906 9252 588299

Данные табл. 2 показывают, что максимальная поглотительная способность растительности проявляется в случае действия низких концентраций газов (в относительных величинах). Так, для лиственного леса и концентрации сернистого газа 2 мг/м3 она составила 4,955; при концентрации 150 мг/м3 - 2,33 % и 949 мг/м3 - 0,3 %. Одновременно четко в относительном и абсолютном выражении растет поглотительная способность почвы. Можно уверенно предполагать, что при снижении концентрации сернистого газа до предельно-допустимых концентраций увеличивается относительная поглотительная роль продуцентов в 3-5 раз. Вероятно, этим объясняется более высокая оценка поглотительной способности растительности Земли (13,6 % и более) при расчетах биогео-химического круговорота серы [4].

Снижение поглощения газа растительностью в диапазоне концентраций от 2 до 140 мг/м3 связано с уменьшением апертуры устьиц, а повышение поглощения газа при высоких концентрациях (940 мг/м3) с увеличением апертуры устьиц и гибелью замыкающих клеток. Вместе с тем, в последнем случае увеличение скорости поглощения БОг почвой опережает увеличение поглощения листьями.

Мы приводим этот сравнительный анализ только для того, чтобы показать, что использовать литературные данные в прикладных аспектах нужно очень осторожно. Чтобы разобраться во всех тонкостях по-

глотительной способности насаждений в городе, необходимо попытаться самим экспериментально определить хотя бы несколько цифр. Тогда все другие литературные данные становятся ясными и понятными, легко и, самое главное, правильно учитываются при всех глобальных расчетах.

Литература

1. Рябошапко А.Г. и др. Фоновые уровни S02 и NOx и

глобальный перенос серы // Труды ИПГ. - Вып. 39.-М.: 1978.-С. 20-33.

2. Гетко Н.В. Растения в техногенной среде. - Минск:

1989.-266 с.

3. Глобальный цикл серы и влияние на него деятельности человека // Под ред. Г.К. Смирнова и др. -М.: 1983.-422 с.

4. Кароль И.Л., Розанов В.В., Тимофеев Ю.М. Газовые примеси в атмосфере. - Л.: Гидрометеоиздат, 1983.-192 с.

5. Николаевский B.C. Показатели газоустойчивости растений // Труды Ин-та биологии УФАН. -Свердловск: 1962.-С. 17-23.

6. Попова З.А., Попов К.И. Природные факторы в борьбе с загрязнением атмосферы // Опыт и методы экологического мониторинга. - Пущино: 1978. -С. 78-82.

7. Смит У.Х. Лес и атмосфера. - М.: Прогресс, 1985. -

430 с.

8. Тарабрин В.П., Кондратюк Е.Н. и др. Фитотоксич-

ность органических и неорганических загрязнителей. - Киев: Наукова думка, 1986. - 215 с.

9. Чернышенко О.В., Лобанов П.Е. Поглотительная способность деревьев в городских насаждениях // Охрана лесных экосистем и рациональное использование лесных ресурсов. Тезисы докладов Все-рос. н.-п. конф. - Т. 4. - М.: МГУ Л, 1995. - С. 79-80