Ядовитый для биосферы озон

Одним из компонентов фотохимического смога, как мы уже отмечали, является озон. Содержание его в окрестностях Лос-Анджелеса за последние 50 лет возросло в 50 раз. Он попадает в окружающую среду при дезинфекции и дезодорации дурнопахнущих газов и жидкостей, очистке промышленных стоков, отбеливании тканей. Озон используется во многих технологических процессах, в частности в органическом синтезе различных жирных кислот, эпоксидных смол. Его употребляют для обеззараживания питьевой воды. Озонированный воздух отличается особой чистотой и свежестью, но только в том случае, когда соблюдается определенная его концентрация. В высоких дозах он токсичен для живых организмов. Для человека вредной считается концентрация озона 0,2-0,3 мг/м³.

Загрязненность воздуха озоном характерна для многих крупных городов мира. Так, например, в начале мая 1976 г. контрольная станция Большого Лондонского совета зарегистрировала резкое возрастание его содержания в воздухе: 18 частей на миллион. Для сравнения укажем, что естественный фон озона в воздухе Южной Англии составляет 2-4 части на миллион частей воздуха. Всемирная организация здравоохранения считает пределом 6 частей на миллион. Таким образом, содержание озона в воздухе Лондона в 3 раза превысило допустимые нормы.

Диффузия озона в листья растений происходит главным образом через устьица. В естественной обстановке максимально озон поглощается листьями обычно в 13-15 часов. Скорость поглощения его зависит от влажности воздуха. Так, например, при относительной влажности воздуха 75% растения фасоли поглощают озон в три-четыре раза быстрее, чем растения, выращиваемые при относительной влажности 35%.

Наиболее чувствительными по отношению к озону являются виноград, табак, цитрусовые, шпинат, редис, фасоль сорта "Пинто", картофель, томаты, люцерна. Устойчивы к озону морковь, сахарная свекла, земляника, тис, можжевельник.

Повреждение озоном виноградников сопровождается возникновением темно-коричневых пятен на верхней стороне взрослых листьев. В районе Великих озер (США), где концентрация озона составляет 0,1 мкл/л, листья винограда теряют зеленую окраску и преждевременно опадают.

Более старые листья повреждаются озоном сильнее, чем молодые. Этим озон отличается от сернистого газа и фтористого водорода, которые поражают прежде всего молодые листья. Повреждение ассимиляционного аппарата проявляется в виде изменения окраски листьев. Сначала листья становятся серебристыми и глянцевитыми, затем хлоротичными с некротическими участками. Кончики листьев обесцвечиваются и становятся белыми. У клевера под влиянием повышенных доз озона поверхность листьев сокращается на 50%, а у райграса - на 35%.

Повреждение листьев красной смородины после воздействия высоких концентраций сернистого газа

Если заглянуть внутрь клетки, находящейся в атмосфере озона, то можно заметить первые симптомы повреждения - разрушение хлоропластов и их скопление в общую гомогенную массу. Эти нарушения в структуре хлоропластов сказываются на интенсивности процесса фотосинтеза.

По мнению ряда ученых, первичными мишенями озона при его воздействии на растения служат клеточные мембраны, проницаемость которых под влиянием фитотоксиканта резко нарушается.

В результате всех этих изменений замедляются темпы роста и снижается урожайность сельскохозяйственных культур. Потери урожая картофеля от действия озона могут достигать 50%, а у люцерны - 33-42%. У декоративного растения петунии озон вызывает уменьшение диаметра и сырого веса цветков, причем токсичность этого газа возрастала по мере увеличения экспозиции.

Установлено, что разные сорта одного и того же растения неодинаково реагируют на загрязнение природной среды озоном, подобно тому как существует сортовая реакция растений на вредителей, болезни, воздействие неблагоприятных условий погоды. Некоторые сорта оказались чрезвычайно чувствительны к озону, в частности фасоль "Пинто". Выведены сорта табака, отличающиеся реакцией на данный фитотоксикант. Так, например, растения сорта "Bel В" устойчивы, "Bel С" - чувствительны, a "Bel W₃" - очень чувствительны к нему.

В 1967 и 1968 гг. загрязненность воздуха озоном в отдельных районах ФРГ определялась по симптомам повреждений растений-индикаторов - табака сорта "Bel W₃". Установлено, что степень заболеваний растений в ФРГ была ниже, чем в США. Исследователи объясняют это тем, что в ФРГ концентрация озона в воздухе при проведении опыта была сравнительно невысокой. По-видимому, для выявления пониженных концентраций озона требуются более чувствительные сорта табака, чем "Bel W₃".

Между тем в США в 1976 и 1977 гг. у восьминедельного табака сорта "Bel W₃", выращенного в поле на острове Нантакет, появлялись симптомы повреждения озоном, который переносился ветром из индустриальных районов Нью-Йорка и Вашингтона через открытый океан.

В 1981 г. был предложен оригинальный метод учета повреждений индикаторных растений озоном, осуществляемый в два этапа:

• фотографирование поврежденных листьев в поле;
• проведение измерений на негативах с помощью телевизионной камеры, соединенной с вычислительной машиной.

Фотографирование листьев в поле производится в определенном положении с использованием подсветки. С помощью зеленого светофильтра получают негативы, на которых некротические участки выглядят как темные пятна на белом фоне. Негативы рассматриваются в телевизионной системе. Размер повреждений устанавливается с помощью малой вычислительной машины. Преимущество этого метода заключается в его объективности и возможности производить съемку прямо в поле, не повреждая растений.

Исследовалась также реакция культуры ткани указанных выше сортов табака на озон. Кусочки тканей, культивировавшиеся на искусственной питательной среде, из-за разрушения фитотоксикантом поверхностных клеток вскоре становились коричневыми.

Одним из характерных признаков действия озона на растения является ингибирование прорастания пыльцы. В связи с этим прорастающую пыльцу можно использовать в качестве биотеста на озон. Оказалось, что у разных сортов табака пыльцевые трубки в присутствии озона растут с разной скоростью. Длина пыльцевых трубок у чувствительного сорта "Bel W₃" уже при слабых концентрациях озона была в 2 раза короче, чем у сорта "Bel В".

Эффект воздействия озона, отмеченный выше, - разрушение хлорофилла - лежит в основе простого и быстрого метода, применяемого для оценки повреждения листьев фасоли сорта "Пинто". Степень поражения листьев учитывается по убыли хлорофилла.

Японские исследователи предложили в качестве индикатора загрязненности окружающей среды озоном растения ипомеи сорта "Scarlet О'Hara".