2. Методи підвищення стійкості рослин до забруднення повітря

Зелені насадження в умовах забруднення атмосфери виконують крім звичайних функцій роль природного фільтра, який очищає повітря від шкідливих домішок і захищає приземний шар повітря промислових і рекреаційних територій від проникнення задимлених потоків повітря. Захисну і фільтруючу функції краще виконують стійкі, високопродуктивні види дерев з більшим об’ємом газопоглинання і осадження пилу.

Створення біофільтрів по відношенню до промислових токсикантів повинно бути в співвідношенні з адаптивними можливостями видів до екологічно нових факторів. Можна виділити три основних етапу в роботі біофільтра. Перший з них пов’язаний з повною внутріклітинною утилізацією токсикантів, включенням їх в метаболіти з послідовним виключенням в структуроутворюючі процеси. Слід відмітити ефект підсилення росту як результат позакореневого підживлення загазованим повітрям. Так, наприклад, тіофільні види рослин на бідних сіркою ґрунтах реагують на диоксид сірки, як на добрива. Другий етап відповідає тому рівню інтоксикації клітин та тканин, коли виникає небезпека некрозів, але вони попереджаються біохімічними механізмами детоксикації. На третьому етапі з появою некрозів виникає задача виживання організму за рахунок регенерації.

Промисловий біофільтр доцільно використовувати для екологізації підприємств, де необхідно використовувати інформацію про стан біоценозів і особливо чутливі види для коректив технологічного процесу.

Для найкращого виконання рослинами санітарно-гігієнічних функцій в умовах забруднення середовища рослини повинні адаптуватися до цих умов, мати підвищену стійкість до забруднювачів. Методи підвищення газостійкості рослин можна умовно розподілити на агротехнічні (підготовка ґрунту, посів, догляд за рослинами і ґрунтом, внесення добрив), біологічні (обробка насіння, створення змішаних і складних стійких фітоценозів), фізіолого-біохімічні (позакореневий вплив на рослини за допомогою елементів мінерального живлення, фізіологічно активних сполук, інгібіторів або активаторів окремих реакцій чи циклів, з допомогою сполук, що знешкоджують токсини в клітинах, з допомогою розчинників, які змивають шкідливі сполуки з поверхні листя), селекційні (добір і селекція рослин).

Застосування одного з наведених методів забезпечує лише частковий ефект в підвищенні стійкості рослин до забруднення довкілля. В кожному випадку необхідно окремо вирішувати, які методи слід застосовувати під час озеленення промислових підприємств, вирощування рослин на полях в зонах забруднення, а також овочевих і декоративних рослин в теплицях і оранжереях.

Найбільш відповідальним моментом є підбір газостійкого видового складу рослин. Окремі види, різновиди, сорти і особини одного й того ж виду рослин по-різному можуть реагувати на певні забруднювачі повітря. Стійкість різних видів рослин до атмосферних токсикантів не однакова. Одні види можуть переносити в 5-10 разів більшу концентрацію газів порівняно з іншими. Більшість видів, з відносно високою стійкістю до атмосферних забруднювачів, характеризуються широкою амплітудою пристосування до едафічних умов. Наприклад, робінія звичайна, гледичія трьохколючкова, маслинка вузьколиста, дуб звичайний та інші здатні рости на бідних і багатих за родючістю ґрунтах з різним ступенем вологості ґрунту. В літературі є багато відомостей про придатність окремих видів для вирощування в умовах забруднення атмосфери. Експериментально було встановлено, що висока газостійкість та газопоглинальна здатність характерна для дуба звичайного, клена ясенелистого, робінії звичайної, тополі дельтовидної, липи крупнолистої, айланта високого. За результатами інвентаризації видового складу насаджень озеленених міст промислових районів південного сходу України, був складений перелік деревних рослин, придатних для вирощування у цьому регіоні.

Але видів, абсолютно стійких до промислових і транспортних викидів, не існує. Можна лише казати про відносно більшу або меншу стійкість рослин. За умов забруднення повітря газами більш високою стійкістю характеризуються рослини, що пристосувались в філогенезі до засолення ґрунту. Листяні породи менш чутливі до забруднення середовища, ніж хвойні, оскільки вони щорічно поновлюють листя, за рахунок чого позбуваються шкідливих сполук, накопичених протягом вегетаційного періоду.

Іншим напрямком створення стійких насаджень в промислово забруднених районах є оптимізація умов існування рослинних організмів. Тому актуальними є пошуки шляхів нейтралізації згубної дії фітотоксикантів або зменшення їх впливу на рослинні організми.

Можливість підвищення стійкості рослин до забруднення середовища доведена багатьма дослідниками. Встановлено, що вирощування рослин на багатих незабруднених ґрунтах підвищує газостійкість. Не випадково високою газостійкістю характеризуються рослини на лужних чорноземах і види, які адаптовані до засолення ґрунту. Потенційна здатність рослин протистояти надлишковому проникненню в них атмосферних забруднювачів реалізується в повній мірі в оптимальних для них ґрунто-кліматичних умовах. Вирощування рослин за межами ареалу, поза біоценозом зі змінами в умовах освітлення, на бідних і сухих ґрунтах викликає зниження їх продуктивності, загальної резистентності до несприятливих факторів, в тому числі до атмосферних фітотоксикантів.

Вплив водозабезпечення рослин на їх стійкість до атмосферних токсикантів має двобічний характер. Оптимальне забезпечення рослин водою підвищує активність процесів життєдіяльності і відповідно їх стійкості. Однак при цьому рослина більш інтенсивно здійснює газообмін і транспірацію і одночасно в їх асиміляційні органи проникає більша кількість атмосферних фітотоксикантів. Тому в періоди підвищеного вмісту в повітрі забруднювачів не бажано зволожувати ґрунт. Однак співвідношення підвищеного накопичення шкідливих речовин в рослині і ступінь підвищення стійкості до них рослинного організму при достатньому водозабезпеченні складається частіше на користь останнього. Рослини, які ростуть за умов, близьких до оптимального забезпечення водою і елементами мінерального живлення, здатні переносити без пошкоджень в декілька разів більшу концентрацію атмосферних забруднювачів.

Важлива роль в визначенні газостійкості рослин належить атмосферним опадам. Кожний дощ вимиває з листя 15-30% накопичених в них токсичних елементів, і тим самим віддаляє термін накопичення їх до летального рівня.

Здатність опадів видаляти з поверхні та із внутрішніх тканин листя накопичені фітотоксиканти можна використовувати, застосовуючи штучне дощування рослин. Це може бути єдиним методом збереження рослин в критичні періоди накопичення в них токсичних речовин протягом бездощових періодів або в аварійних ситуаціях, коли підприємства викидають велику кількість шкідливих газів або пилу. Дощування рослин може бути єдиним ефективним засобом підвищення стійкості рослин в містах та поблизу підприємств степових районів, де опади влітку випадають з великими перервами і листя накопичує велику кількість газоподібних і пилоподібних токсикантів. Однак опади та штучне дощування можуть підвищити пошкодження рослини високими аварійними викидами шкідливих речовин підприємствами, якщо їх застосувати в середині дня. В цьому випадку зволожене листя акумулює у собі більшу кількість фітотоксикантів.

Підвищення стійкості деревних насаджень, що ростуть або знов створюються в зоні розповсюдження шкідливих викидів промислових підприємств, можна досягти шляхом застосування комплексу заходів агротехнічного інтродукційного і селекційного характеру. Для успішного вирощування рослин в зоні впливу промислових викидів необхідно покращувати умови їх росту, підвищувати родючість ґрунту. Газоподібні і пилоподібні частинки, що потрапляють у ґрунт, накопичуються в ньому і викликають зміни фізико-хімічних властивостей, чим погіршують умови росту рослин. У цих випадках велику роль відіграють агрохімічні заходи. Так, аніони сірчаної та сірчистої кислот, хлору, фтору та інші можуть бути нейтралізовані шляхом вапнування. Створенню оптимальних умов для росту і розвитку рослин сприяє періодична заміна верхнього шару ґрунту, використання якісного посівного та посадочного матеріалу, рясні поливи, внесення органічних і мінеральних добрив, вапна, доломіту. Всі ці заходи ведуть до підвищення стійкості завдяки збільшенню регенераційної здатності, зниженню концентрації токсичних сполук в рослинах на одиницю об’єму, змиванню та вимиванню токсичних сполук, підвищенню значення летальної дози інгредієнтів для рослин.

Встановлено, що мінеральне живлення є одним з елементів, які здійснюють зв’язок рослин з оточуючим середовищем. Внесення добрив викликається необхідністю нейтралізації речовин, які викидаються підприємствами, накопичуються в ґрунті і викликають підвищення кислотності, зміну складу мікрофлори і співвідношення в розчині ґрунту елементів мінерального живлення. Задоволення додаткових потреб рослин в поживних елементах досягається лише за умов створення певного запасу їх в ґрунті. Дефіцит поживних речовин для рослин супроводжується послабленням росту та стійкості. Внесення органічних і мінеральних добрив, з одного боку, знижує їх нестачу для рослин, а з іншого – є ефективним засобом нейтралізації накопичених в ґрунті фітотоксикантів, відновлення родючості ґрунту. Багатьма авторами виявлений позитивний вплив мінеральних добрив на ріст та життєдіяльність деревних рослин на бідних ґрунтах та за умов забруднення атмосфери. Роль окремих елементів мінерального живлення в житті рослин різноманітна і достатньо повно вивчена. Для рослин важливі не лише окремі сполуки, але і певні сполучення їх на різноманітних етапах росту і розвитку. Досліди показують, що умови мінерального живлення рослин відіграють важливу роль в зниженні пошкоджень рослин токсичними газами. Разом з тим кількість і форма добрив, що вносяться, повинна попередньо встановлюватись шляхом агрохімічного аналізу ґрунту. Крім того необхідно враховувати екологічне пристосування видів, які вирощуються. Відомо, що ялина, сосна звичайна, модрина, граб, береза, горобина та інші види, які пристосовані до кислих ґрунтів, успішно ростуть за умов, коли концентрація солей в ґрунтовому розчині не перевищує 0,1-0,2%. В той же час кальцієфільні види – дуб звичайний, в’яз, ясен, біла акація – успішно ростуть за концентрацій солей в ґрунтовому розчині до 0,5%, а стійкі до засолення види – маслинка вузьколиста, тополі, шовковиця – до 1%. Відповідно необхідно регулювати дозу добрив, що вносяться в ґрунт. За умов достатнього забезпечення макроелементами стійкість та декоративність рослин можна підвищити застосуванням мікроелементів.

Разом з тим, внесення в поживне середовище мікроелементів чинить неоднозначний вплив на ростові процеси робінії звичайної. Підживлення рослин бором, марганцем та сумішшю мікроелементів B + Mn + Zn + Cu викликає покращення стану рослин при дії фітотоксикантів, а додавання в поживне середовище міді та цинку не викликає зниження пригнічення рослинних організмів фтористим воднем і сірчистим ангідридом. Дослідження ролі різноманітних мікроелементів в підвищенні газостійкості рослин показали, що марганець, кобальт і стронцій помітно активують ростові процеси рослин. В умовах забруднення повітря вони знижують фітотоксичність сірчистого газу. Мікроелементи позитивно впливають на початковий ріст коренів, накопичення сухої речовини, підвищують активність каталази. За ефективністю позитивного впливу на рослини вивчені мікроелементи розташовуються у наступний ряд: стронцій → марганець → кобальт.

З метою підвищення опору рослинних організмів різноманітним забруднювачам проведена значна кількість досліджень з використанням речовин, що стимулюють процеси їх життєдіяльності. Компенсація недостатньої кількості вітамінів і ферментів в рослинах може досягатися шляхом кореневого або позакореневого введення. Додавання в поживне середовище аскорбінової та нікотинової кислот, тіаміну та інших вітамінів, при недостатньої їх кількості в організмі, прискорювало ріст рослин, підвищувало накопичення цукрів і небілкових форм азоту завдяки підсиленню ферментної активності. Стійкість рослин до забруднювачів середовища можна підвищити шляхом внесення позакореневим способом різноманітних речовин – гідрохінону, червоної кров’яної солі, яблучної, лимонної і аскорбінової кислот, гумінових препаратів з торфу та бурого вугілля.

Менш вивченими та уживаними є методи селекції рослин на газостійкість. Разом з цим метод може бути корисним, оскільки встановлені і індивідуальні особливості толерантності окремих рослин навіть нестійких видів до забруднення повітря.