Растения — индикаторы - Владимир Николаевич Меженский
Возможно, не задумываясь над этим, хозяйка на кухне ежедневно ставит множество химических опытов. Изменение окраски растительных индикаторов при различных значениях рН можно наблюдать в процессе приготовления украинского борща. Главным компонентом борща является столовая свёкла, или по-украински буряк (Beta vulgaris). В свёкле содержится пигмент бетанин, похожий по окраске на антоцианы, но отличающийся от них структурой. Он легко разрушается при нагревании и действии других факторов. Поэтому для сохранения красивой окраски свёклы её пассеруют с добавлением уксуса. Бетанин в очень кислых растворах имеет фиолетовую окраску (в форме катиона), а в щелочных — красную (в форме аниона).
Растения-индикаторы загрязнённости окружающей среды
Кислотные дожди и их влияние на растения
Охрана природы на современном этапе подразумевает не только сохранение отдельных организмов и сообществ, но и сохранение естественных процессов поддержания и регуляции круговорота веществ и энергии в биосфере, обеспечивающих продолжение жизни на земле. Благодаря растениям создаются условия, необходимые для существования всех других живых организмов, включая человека. Они стоят у истоков всех биогеохимических, экологических и энергетических процессов в биосфере, являясь одним из наиболее важных компонентов, определяющих благополучие биосферы и жизни на нашей планете.
Техногенный путь развития нашей цивилизации привёл к значительной нагрузке на окружающую природу, стабильность которой в промышленных регионах часто бывает подорванной. Воздух, загрязнённый промышленными выбросами, вредно влияет на природную среду. Влияние загрязнённого воздуха на растения происходит как путём прямого действия газов и пыли на ассимиляционный аппарат, так и путём косвенного воздействия через почву. Особо негативным является действие кислых газов, которые непосредственно приводят к отмиранию отдельных органов растений, ухудшению роста и урожайности, а также качества сельскохозяйственной продукции. Накопление же вредных веществ в почве способствует уменьшению почвенного плодородия, приводит к гибели полезной микрофлоры, нарушению минерального питания.
В результате загрязнения атмосферы значительно повреждается растительность. Во многих городах и вблизи них исчезают сосна и другие породы деревьев. Хвойные растения являются хорошими индикаторами загрязнения воздуха. Они весьма чувствительны к его чистоте, и поэтому не очень хорошо чувствуют себя в городах. Биоиндикатором чаще всего служит сосна как наиболее широко распространённая культура. В зонах сильного загрязнения её хвоя приобретает тёмно-красную окраску, в хвоинках накапливаются ядовитые вещества, устьица их забиваются копотью, а затем хвоя отмирает и опадает, просуществовав всего год при норме три-четыре года. В северном полушарии миллионы гектаров хвойных лесов деградируют под воздействием промышленных газов.
Благодаря поглотительной деятельности растений, почвенной и водной среды происходит очищение атмосферного воздуха, однако возможности этих систем не безграничны. Накопление углекислого газа в атмосфере привело к «парниковому эффекту», последствия которого с каждым годом начинают проявляться всё рельефнее, вызывая необычные природные явления, нарушая привычный ход погодно-климатических условий. Причинами роста концентрации углекислого газа является как возрастание объёмов потребления, сжигания и переработки топлива и углеродосодержащих материалов, так и уменьшение годичной продуктивности растений в наземных и водных экосистемах. Последнее вызвано заменой более продуктивных естественных лесных фитоценозов искусственными и менее продуктивными сельхозугодьями и подавлением фотосинтеза у растений под влиянием повышения фона загрязнения воздуха, воды и почвы. Агроценозы (сообщества сельскохозяйственных растений), даже самые высокоурожайные, уступают естественным лесным фитоценозам (растительным сообществам) по суммарной биологической продуктивности, а следовательно, фотосинтезирующей деятельности, которая обеспечивает утилизацию углекислого газа и регенерации кислорода.
Растения более чувствительны к различным газам, чем животные и человек. Большая чувствительность растений связана с большей скоростью проникновения газа и автотрофным характером их метаболизма. Известны чувствительные растения-индикаторы, не выносящие даже очень слабого загрязнения воздуха. Под влиянием очень слабых концентраций сернистого газа и других промышленных загрязнителей первыми исчезают из состава фитоценозов мхи и лишайники. К действию фтора весьма чувствительны гладиолусы (Gladiolus sp.), аммиака — подсолнечник (Helianthus annuus), сероводорода — шпинат (Spinacea oleracea) и горох (Pisum sativum), полициклических ароматических углеводов — недотрога (Impatiens noli-tangere), тяжёлых металлов — фасоль (Phaseolus vulgaris).
Из всех примесей, оказывающих вредное воздействие на растительность, самым изученным является сернистый газ. Если сравнивать чувствительность разных видов растений к сернистому газу, приняв чувствительность люцерны за 1, получим данные, которые представлены в таблице 9. Сама люцерна повреждается при концентрации сернистого газа, равной 3,3 мг/м3 при длительности воздействия 1час.
Таблица 9. Сравнительная устойчивость растений к сернистому газу
Данные таблицы наглядно показывают, почему наилучшим растением-индикатором на сернистый газ является сосна. Огурцы также относятся к группе растений, чувствительных к сернистому газу, и по их состоянию после дождя можно определить, был ли он кислотным.
Растения имеют различную чувствительность к примесям как от их концентрации, так от продолжительности их воздействия. При небольших концентрациях сернистого газа растения могут повреждаться при большей продолжительности времени воздействия, так, например, при концентрации больше 0,2 мг/м3 растения могут повреждаться в течение месяца. При уменьшении времени воздействия концентрация веществ, приводящих к повреждению, увеличивается. Так, кратковременное, до 5 минут, резкое увеличение концентрации (которое может наблюдаться при залповых выбросах и при аварии) может привести к повреждению и гибели растительности. Однако зависимости эти ещё недостаточно изучены. Нередко отмечаются случаи повреждения деревьев, особенно хвойных, при весьма малых концентрациях сернистого газа.
При взаимодействии продуктов сжигания ископаемого топлива — окислов серы и азота — с атмосферной влагой образуются серная и азотная кислоты. Тогда как показатель рН дождевой воды, находящейся в равновесии с углекислотой, в незагрязнённой атмосфере равен приблизительно 5,6, то в индустриальных районах промышленные газы снижают рН дождевой воды до 4-4,5, а то и меньше 4. Такие кислотные дожди неблагоприятно влияют на растения, животных и человека. Особо страдает от кислотных дождей природа северных озёр с мягкой водой. Такая вода не имеет буферных свойств, присущих жёсткой воде, в которой карбонаты нейтрализуют кислоты. Сильное подкисление нарушает жизненные процессы живых организмов этих озёр, делая их даже безжизненными.
Подкисление почвы под влиянием атомосферных загрязнений приводит также к изменению видового разнообразия сенокосных угодий и естественных экосистем. Для сельскохозяйственных площадей важно, чтобы в почве имелось достаточное количество кальция, необходимого для поддержания рН в оптимальных пределах, обеспечивающих протекание реакций обмена ионов, насыщения
