Растения и загрязнение среды

Загрязнение воздуха и воды - это порождение нашей современной промышленной эпохи, и причина его кроется в представлении о неограниченной способности среды поглощать химические отходы. За несколько последних десятилетий мы поняли, что некоторые из наших отходов остаются при нас, нанося вред многим живым организмам, в том числе и растениям. Примеры этого слишком многочисленны, чтобы можно было сохранять спокойствие.

Загрязнители атмосферы

В областях с развитой горнорудной промышленностью, где выплавляют металл из руды, содержащей серу, огромные площади, тянущиеся на многие километры с подветренной стороны от труб плавильных заводов, часто совершенно лишены растительности из-за выбрасываемой в воздух двуокиси серы. Живые организмы необычайно чувствительны как к SO₂, так и к сильным кислотам, образующимся при ее соединении с содержащейся в атмосфере влагой; при этом образуется сначала сернистая, а затем серная кислота. Даже в сублетальных концентрациях SO₂ наносит вред растениям, вызывая хлороз и задерживая рост. Результаты воздействия SO₂ проявляются не только у растений, произрастающих вблизи плавильных заводов, но и в областях и даже странах, находящихся далеко от них. SO₂ разносится на большие расстояния, выпадая в конечном счете на землю в виде "кислого" дождя с pH 3,5 или ниже. Кислые дожди, возникающие в результате выбрасывания в атмосферу газообразных промышленных отходов где-то далеко от места их выпадения, иногда на расстоянии многих сотен и даже тысяч километров, в настоящее время выпадают над всеми северо-западными территориями США, над Англией и Скандинавским полуостровом. Такой кислый дождь наносит вред растительности и подавляет ее рост, вымывая из почвы питательные вещества, после чего растения, главным образом лесные деревья, вырастают менее мощными; некоторые чувствительные к кислотам растения могут при этом совершенно исчезнуть. Другой токсичный для растений компонент, выбрасываемый в атмосферу при сгорании ископаемого топлива, - это фторид (F^-).

Некоторые загрязнители воздуха, оказывающие сильное воздействие на растения, подобно озону (O₃) и пероксиацетил-нитрату (ПАН), представляют собой обычные компоненты "смога", образующегося в результате взаимодействия интенсивного ультрафиолетового излучения и выхлопных газов. Соединения, непосредственно наносящие вред растениям, - это нестойкие перекиси (продукты реакции между образующимся под действием ультрафиолета озоном и ненасыщенными углеводородами) и ПАН (образующийся в результате реакции ненасыщенных углеводородов с азотной кислотой, двуокисью азота и атмосферным кислородом также под действием ультрафиолета). Содержание в воздухе этих загрязнителей особенно велико в районах с очень сильным автомобильным движением, таких, как район Лос-Анджелеса в Калифорнии. В результате многие наши привычные растения не могут больше существовать в больших городах и в их окрестностях. Первыми жертвами оказываются многие деревья, высаженные вдоль улиц, и декоративные растения в палисадниках. Симптомами вредного воздействия служат бронзовая окраска листьев, а также хлоротичные пятна и некрозы. Некоторые аномалии, которые прежде считали проявлениями инфекционных болезней растений, на самом деле оказались следствием загрязнения воздуха. Некоторые деревья, например лондонские платаны, более устойчивы к загрязнениям воздуха, чем другие, и поэтому их преимущественно высаживают в городах. Загрязнения губят также сельскохозяйственные и плодовые культуры в окрестностях городов, особенно если данный район, как в случае района Лос-Анджелеса или Мехико-Сити, окружен горами, препятствующими рассеиванию загрязнений воздушными течениями. Прежде окрестности Лос-Анджелеса утопали в апельсиновых рощах, однако загрязнение воздуха настолько токсично для апельсиновых деревьев, что оно скоро погубит те рощи, которые еще не пали жертвой разделов земельных участков.

Другая близкая проблема, возникшая в промышленных районах, - это все возрастающее выделение CO₂, образующейся при сжигании ископаемого топлива. Такое выделение в сочетании с вырубанием лесов на обширных пространствах, что препятствует нормальному удалению из воздуха больших количеств CO₂ в процессе фотосинтеза, вызвало повышение содержания CO₂ в атмосфере. Не приведет ли это к "парниковому эффекту", что повлекло бы за собой повышение температуры на земном шаре, сдвиги климатических поясов и расширение зон, занятых пустыней? Или же увеличение содержания CO₂ и повышение температуры будут компенсироваться более пышным ростом растительности, что приведет к понижению уровня CO₂ и в конечном счете - к стабилизации температуры? Ответить на эти вопросы мы пока не можем, хотя высказывается немало различных соображений.

Загрязнители воды

Большая часть промышленных отходов в конечном счете попадает не в атмосферу, а в водоемы. Такие загрязнители не оказывают непосредственного влияния на рост растений, за исключением тех случаев, когда загрязненная вода используется для орошения. Однако загрязнение воды может оказаться крайне опасным для большинства организмов и в том числе для человека; во многих водоемах, служащих источниками питьевой воды, содержатся канцерогенные, мутагенные, тератогенные и просто токсичные соединения, и притом в больших количествах. Один водорастворимый загрязнитель распространяется исключительно человеком и наносит огромный вред растительности; это обычная соль, используемая в районах с холодным климатом для борьбы с обледенением шоссейных дорог. Когда снег и лед тают, соль, содержащаяся в стекающей воде, наносит вред растениям, даже находящимся на значительном расстоянии от дороги. Более того, у дорог могут образоваться засолоненные участки, иногда совершенно лишенные растительности. В некоторых областях на дороги высыпают такие большие количества cоли, что многие близлежащие водоемы становятся солеными. Так, например, в некоторых частях озера Онтарио вблизи Рочестера (шт. Нью-Йорк) вода зимой по содержанию соли приближается к морской воде. Следовало бы ограничить применение соли для борьбы с обледенением и использовать ее только на самых главных дорогах и на крутых спусках, а в других местах использовать такие более приемлемые с экологической точки зрения способы, как расчистка дорог от снега и посыпание их песком.

Загрязнение водоемов некоторыми химическими веществами представляет собой прямой результат агротехнических мероприятий. Например, внесение в почву больших количеств растворимых азотных удобрений может привести после сильного дождя к повышению содержания азота в соседних реках и озерах. А это в свою очередь может вызвать эвтрофикацию прежде прозрачных водоемов. Избыточное содержание нитратов в питьевой воде также опасно, особенно для маленьких детей, так как восстановление нитратов до нитритов в организме может быть сопряжено с переходом гемоглобина из Fe²⁺-формы в Fe³⁺-форму, что ведет к развитию метгемоглобинемии и снижает способность крови к переносу кислорода. Частичное решение этой проблемы состоит в использовании более медленно растворяющихся азотных удобрений.

Сточные воды

Во многих областях земного шара продуктивность растительных культур нередко ограничивается недостатком минеральных питательных веществ. Увеличение количества вносимых в почву удобрений несомненно позволяет повысить продуктивность, однако стоимость удобрений непрерывно растет и их становится все меньше. Поскольку запасов удобрений мало и они часто слишком дороги, странам "третьего мира" следует прибегнуть к дешевому и благоприятному с экологической точки зрения способу повышения урожаев, используя ресурсы, которые в настоящее время пропадают попусту.

Так, например, перед многими густо населенными центрами земного шара стоит сейчас трудно разрешимая и требующая больших затрат проблема: как избавиться от огромного Количества отходов, создаваемых человеком? В прежние времена, когда плотность населения во многих странах была невелика, нечистоты без всякой обработки сбрасывали в реки и озера, но с увеличением плотности такой способ стал неприемлемым. Тогда сточные воды стали при помощи микроорганизмов превращать в ил, который затем сваливали куда-нибудь, часто в море. Подобная практика, которая прежде была допустима, теперь влечет за собой ряд неблагоприятных последствий, в том числе загрязнение морских побережий и возникновение обширных подводных пустынь с анаэробными условиями, где уловы рыбы понижены, а видовой состав ее изменен. Поэтому мы вынуждены искать новые решения проблемы. Одна очевидная возможность - воспользоваться способом, применявшимся на Востоке на протяжении тысячелетий, т. е. вносить соответствующим образом, сброженное органическое вещество снова в почву в качестве удобрения. Мы отказываемся от использования нечистот отчасти по эстетическим соображениям, а отчасти потому, что в человеческих фекалиях могут содержаться многочисленные болезнетворные факторы. Хотя вызывающие инфекционные болезни вирусы, микроорганизмы и цисты болезнетворных организмов действительно содержатся в человеческих испражнениях, на Востоке с этой проблемой успешно справляются. Нечистоты собирают в большие отстойники, где они подвергаются анаэробному брожению и их температура при этом заметно повышается; в результате такой обработки нечистоты превращаются в пастеризованную жидкость янтарного цвета, лишенную запаха и не вызывающую никаких ассоциаций, которую можно прямо использовать для удобрения рисовых полей и других сельскохозяйственных культур без каких-либо неблагоприятных последствий. В настоящее время в США проводятся эксперименты по использованию такого ила на лесных посадках и на плантациях других непродовольственных культур. Одна из проблем, возникших в связи с использованием ила из городских канализационных систем, состоит в том, что он нередко содержит большие количества токсичных веществ промышленного происхождения, например тяжелые металлы. Такие вещества подавляют рост растений, а содержание их в пищевых продуктах совершенно недопустимо. Решение этой проблемы заключается не в отказе от использования ценных питательных веществ, содержащихся в сточных водах, а в предотвращении сбрасывания промышленных отходов в канализацию. С увеличением численности населения и углублением энергетического кризиса нам неизбежно придется заняться вопросом об использовании городских сточных вод для удобрения посевов продовольственных культур, так как содержащиеся в этих нечистотах органические и минеральные питательные вещества могут стать слишком драгоценными, чтобы терять их попусту.

В некоторых случаях культурные растения не просто, извлекают из сточных вод питательные вещества, но и служат природным заводом по обработке этих вод. В этом плане успешно применяют два метода. Один из них состоит в разбрызгивании сточных вод над полями, засеянными травой или другими культурами, которые извлекают из этих вод многие питательные вещества и облегчают разрушение остальных веществ микроорганизмами, так что в конечном счете в систему грунтовых вод просачивается совершенно чистая вода. Эффективными очистителями воды могут служить также травяные болота, если пропускать поток сильно разведенных нечистот через густую растительность этих болот. Такой процесс особенно удобен для палаточных городков, лагерных стоянок и аналогичных мест, которые слишком малы для того, чтобы имело смысл строить специальные установки для обработки нечистот. Образующийся в результате растительный материал можно запахивать в почву в качестве зеленого удобрения или же использовать на корм скоту.

Водные растения, в особенности водоросли, могут помочь примирить наблюдающееся в настоящее время сопротивление использованию сточных вод в качестве удобрения и все возрастающую потребность в удобрениях. Сточные воды с высоким содержанием органического вещества спускают в отстойные пруды, засеянные водорослями; это позволяет получать огромные количества зеленой массы, которую можно собирать и без всякого риска скармливать домашним животным., вместо того чтобы использовать для этого другие растения, например соевые бобы, которые пригодны не только на корм скоту, но и могут употребляться в пищу человеком. Одна из сине-зеленых водорослей, Spirulina, может даже расти в щелочных засоленных водах. В Африке жители областей, прилегающих к озеру Чад, употребляют эту водоросль в пищу, и она служит для них главным источником белка. В настоящее время в Мексике и в США проводятся эксперименты, с тем чтобы определить возможность ее использования в качестве пищевого продукта. По-видимому, добавление Spirulina в каши и другие продукты не изменяет их вкуса и не создает никаких нежелательных побочных эффектов.