Некоторые особенности газопоглотительной способности деревьев в урбоэкосистеме г. Братска

ЭКОЛОГИЯ И МОНИТОРИНГ ЛЕСА

окружающей среды «План действий» направляется:

1) территориальным органам Минприроды, в зоне ответственности которых находятся популяции вида;

2) землепользователям, на чьих землях они расположены, для организации его выполнения;

3) Национальной академии наук Беларуси для участия в его выполнении и оказания, по необходимости, консультационной и иной помощи землепользователям и органам Минприроды;

4) органам государственного управления, в ведении которых находятся землепользователи;

5) Государственной инспекции по охране животного и растительного мира при Президенте Республики Беларусь для сведения и оказания содействия в его выполнении.

Внедрение «Планов действий» в практику природоохранной деятельности позволит поставить на практическую основу работу по восстановлению численности и сохранению популяций «краснокнижных» видов рас-

тений и их местообитаний, даст возможность вернуть часть из охраняемых видов сегодня в число эксплуатируемых хозяйственно полезных, устойчиво использовать в хозяйственных целях территории, на которых они произрастают, а также повысить эффективность контроля за соблюдением режимов и требований к охране редких видов.

Таким образом, результаты мониторинга служат основой для обеспечения государственных органов и заинтересованных лиц достоверной и своевременной информацией о состоянии популяций охраняемых видов растений и грибов, необходимой для принятия оперативных управленческих решений в области сохранения биологического разнообразия растительного мира, разработки научно обоснованных рекомендаций по их практической охране. Материалы мониторинга должны быть востребованы при установлении режимов землепользования для территорий, на которых произрастают редкие и исчезающие растения, а также целей государственного контроля за состоянием объектов растительного мира.

НЕКОТОРЫЕ ОСОБЕННОСТИ ГАЗОПОГЛОТИТЕЛЬНОЙ СПОСОБНОСТИ ДЕРЕВЬЕВ В УРБОЭКОСИСТЕМЕ г. БРАТСКА

И.И. ГАВРИЛИН, асп. каф. лесоинженерного дела Братского ГУ,

Е.М. РУНОВА, проф. каф. лесоинженерного дела Братского ГУ, д-р с.-х. наук

Вопросы санитарно-гигиенической комфортности городской среды теснейшим образом связаны с газоустойчивостью древесных растений и их главной экологической функцией - выполнением роли «зеленого фильтра» - позволяющей осуществлять аккумулирование поллютантов из воздуха и почвы. Комплексные исследования газоустойчивости, поглотительной и пылеадсорбирующей способностей древесных растений в их взаимосвязи и в условиях города не проводились [1].

Древесные растения являются не только важнейшими компонентами урбоэко-систем, но и осуществляют непрерывный газообмен с окружающим их воздухом. Тем

gavr lcf@bk.ru, runova@rambler.ru

самым они удовлетворяют свои потребности в биогенных газах и одновременно служат активным двигателем круговорота углекислоты, кислорода, водяного пара и тем самым стабилизируют химический состав атмосферы.

Листья растений имеют сложную геометрическую формулу. Они обеспечивают регулирование газообмена через устьица и кутику-лярные покровы. Если до последнего времени считали, что устьичный газообмен является основным, то в последнее время получен ряд данных, свидетельствующих о важной роли в этом процессе эпидермальных тканей [2].

Кутикулярный и восковой покровы листьев представляют собой расчлененное об-

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 1/2012

135

ЭКОЛОГИЯ И МОНИТОРИНГ ЛЕСА

разование, пронизанное глубоко разветвленной сетью микроканальцев. Благодаря такому строению листовых покровов многократно повышается поверхность взаимодействия их с атмосферным воздухом, расширяется объем поглощаемых ими газов и водяного пара. Следовательно, чем более глубоко расчленена поверхность листьев, при прочих равных условиях, тем выше ее газопоглощающая способность.

На поверхности листьев адсорбируются из окружающего воздуха молекулы воды, фтористого водорода, окислы серы, азота, фосфора и другие газы. Этот процесс протекает самопроизвольно и в каждый момент направлен на установление концентрационного равновесия каждого из газообразных компонентов в воздухе и на поверхности листа. Поэтому непрерывно идет сорбция и десорбция газов листьями, следуя за изменением концентрации их в окружающем воздухе [3].

Воздухоочистная способность растений первоначально оценивалась по количеству накапливаемых ими токсических веществ к концу вегетационного периода. В дальнейшем выяснилось, что поглощаемые из воздуха вещества не просто фиксируются во внутренних тканях листьев, а мигрируют по растению, выделяются в воздух, почву, а также вымываются дождевой водой [4].

Адсорбированные на поверхности листа газы почти полностью удаляются водой, обмывающей ее в течение 3-х мин. Отсюда следует вывод, что содержание в листьях веществ, загрязняющих атмосферный воздух, весьма изменчиво, и определяется в каждый конкретный момент соотношением интенсивностей поглощения и удаления их из листьев.

Исследования проводились в лесных массивах урбоэкосистемы Братска, находящейся под влиянием выбросов Братского алюминиевого завода (БрАЗ) и Братского лесопромышленного комплекса (БЛИК). Деревья на исследуемой территории наиболее подвержены воздействию диоксида серы и соединений фтора. К основным породам деревьев в урбоэкосистеме Братска относятся: сосна обыкновенная (Pirns silvestris L.), лиственница сибирская (Larix sibirica Ldb.), тополь бальзамический (Populus balsamifera),

тополь лавролистный (Populus lavrifolia), береза повислая (Betula pendula),береза пушистая (Betula pubescens Ehrh), осина (Populus tremula L.) и другие.

Главным фактором, определяющим степень повреждения древостоев промвыбросами, является удаленность их от источника загрязнения. Но в районе города Братска строгого соответствия степени повреждения от расстояний до источника промвыбросов нет. Причиной такого явления служит неравномерность распределения концентрации вредных веществ в воздухе, а также горный рельеф местности [5]. Поэтому большая часть урбоэкосистемы Братска прилегает к санитарно-защитной зоне алюминиевого завода и является ареалом прямого токсического воздействия выбросов. В связи с изменением направления преобладающих ветров площадь прямого токсического воздействия значительно расширяется [5].

Установлено, что суммарная величина накопления токсических веществ из воздуха полноценным таежным древостоем на площади 1 га и в течение вегетационного периода (май-сентябрь) составляет 8-10 кг соединений фтора, серы, и других атмосферных загрязнителей. С учетом периодического выпадения осадков, которые вымывают 25-95 % накопленных листьями вредных газов, суммарный газопоглощающий эффект древостоя повышается в несколько раз и достигает 80-100 кг [6].

Было проведено исследование по определению потенциальной и реальной газопоглотительной способности листьев. Для выявления зависимости реальной и потенциальной газопоглотительной способности древесной растительности использовались 7 видов деревьев. Потенциальная адсорбционная емкость листьев означает такое количество молекул вещества, которое удерживается на его поверхности в расчете на единицу абсолютно сухого веса и единицу площади. Листья брались из средней части кроны вблизи БрАЗа в десятикратной повторности. Каждый лист погружался на 5 мин в 0,3 М раствор фтористого натрия. Листья обсушивались фильтрованой бумагой и помещались на 3 мин в дистиллированную воду. Активность

136

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 1/2012

ЭКОЛОГИЯ И МОНИТОРИНГ ЛЕСА

1,6

1,4

1,2

1

I Потенциальное газопоглощение I Реальное газопоглощение

0,2-

0-

4Ч\^

'О1'

Рис.1. Адсорбция поверхностными тканями листьев древесных растений газообразных соединение фтора и серы вблизи БрАЗа. Июль, 2009 г.

Г

\>

о

и

н

о

о

ю

cd

н

cd

Он

О

н

cd

и

Масса листьев, т 1 т  2 т  3 т  4 т

F

J J

Г

Populus Populus Populus Betula pendula Betula Larix sibirica Pinus

balsamifera lavrifolia tremula pubescens sylvestris

Рис. 2. Потенциальная газопоглотительная способность древесных растений в зависимости от массы листьев на 1 га /кг фтора/ т абсолютно сухого веса листьев

ионов фтopa определялась в стандартном за-буференном растворе потенциометрическим методом с помощью фтор-селективного электрода. Расчеты производились по калибровочному графику [8].

Реальная газопоглотительная способность растений определялась тем же методом у экспонированных в дымовом факеле БрАЗа листьев в течение 15-20 мин после предварительного удаления с них марлевым тампоном осевших пылевидных частиц. Полученные таким способом данные представлены на рис. 1 и 2.

Полученные данные свидетельствуют о том, что адсорбция фтора у всех испытанных видов близка по величине и составляет от 0,36 до 0,65 г/кг абсолютно сухого веса. Исключение составляют хвоя лиственницы, отличающаяся более развитой поверхностью, и листья березы пушистой, формирующие на своей поверхности опушение, что значительно увеличивает адсорбционную поверхность.

Сопоставление потенциального и максимально возможного поглощения газообразных фторидов в зоне интенсивного задымления, создаваемого дымовыми потоками,

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 1/2012

137

ЭКОЛОГИЯ И МОНИТОРИНГ ЛЕСА

поступающими на территорию предприятия через фонари корпусов, показывает, что полученные величины близки и растения находятся на пределе своих газопоглощающих возможностей. Если принять, что дымовой факел распространяется от предприятия в приземном слое воздуха и несет 120 кг газообразных фторидов [5], то одноразово их могут поглотить сосново-лиственничные древостои на площади в 100 га, при условии, что они несут 2 т листьев на 1 га, и осиново-березовые молодняки, несущие 1 т листьев на площади около 200 га. В случае температурной инверсии или штиля и насыщения поверхности листьев газообразными веществами для улавливания газов необходимы дополнительные лесные массивы. В этих случаях площадь тайги, способная поглотить из воздуха загрязняющие вещества, возрастает в столько же раз, во сколько увеличивается продолжительность пребывания дымового потока у земной поверхности. Для поглощения фторидов из воздуха, выбрасываемых предприятием в течение 1 часа, требуется 100 га леса, а для случаев температурной инверсии сосредоточения выбросов у земной поверхности в течение 5 час - уже 600 га. Но в районе Братска бывают случаи многодневного распространения дымовых выбросов БрАЗа, БЛПК и предприятий теплоэнергетики вблизи земной поверхности. В таких условиях предельное единовременное поглощение газов листьями может быть осуществлено тайгой на площади многих тысяч гектаров.

Зеленые растения на территориях промышленных площадок и санитарно-защитных зон, кроме декоративной, выполняют важную санитарно-гигиеническую функцию, являясь зеленым фильтром. Поэтому при озеленении промышленных объектов следует учитывать устойчивость растений к фитотоксикантам и их газопоглотительную способность, т.е. способность накапливать в тканях фитотоксиканты, утилизировать или обезвреживать их. Чем больше газопоглотительная способность растений, тем эффективнее они выполняют функцию очистки воздуха от загрязнения. Уровень загрязнения среды снижается при создании зеленых насаждений в санитарнозащитных зонах [7].

Как следует из рис. 2, с увеличением олиственности древостоев сокращается площадь леса, способная поглотить поступающие промышленные выбросы.

Поглощенные листьями газы постепенно десорбируются в окружающий их воздух и тем самым создают вторичное загрязнение. При вторичном загрязнении атмосферы концентрация газов не достигает токсической для человека и растений концентрации.

Воздухоочистная способность растений в значительной мере зависит от газового состава атмосферы. При наличии в воздухе нескольких газов, как в районе Братска, адсорбция каждого из них поверхностью листьев определяется парциальным давлением каждого из них. Поэтому указанные площади тайги для того, чтобы поглотить и обезвредить соединения фтора, сернистого газа и других ингредиентов, должны быть увеличены в соответствующее количество раз.

Осаждение растениями из воздуха аэрозольных частиц в рассматриваемом районе не составляет проблемы ввиду отсутствия мощных источников таких выбросов. В условиях Братска, согласно данным Центральной гидрометеорологической обсерватории города, максимальное количество выпадающих твердых фтористых соединений на земную поверхность в районе влияния промышленных предприятий г. Братска в среднем составляет около 1 т/км2, а естественный фон выпадения фторидов -130 кг/м2. Таким образом, пылеосаждающая способность древостоев Братска используется лишь частично.

На основании проведенных исследований можно сделать следующие выводы.

Изучена реальная и потенциальная поглотительная способность древесных растений г. Братска в экспериментальных условиях. Обнаружены существенные различия в поглощении загрязняющих веществ у различных видов растений в зависимости от массы листьев.

Выявлена адсорбция поверхностными тканями листьев древесных растений газообразных соединений фтора и серы вблизи алюминиевого завода.

138

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 1/2012