Отрицательное влияние антропогенных факторов на растения

 Неинфекционные болезни - это поражения растений, вызываемые абиотическими факторами. К ним относятся неблагоприятные для растений почвенно-климатические условия, воздействие промышленных выбросов, хозяйственная деятельность человека, рекреационный пресс, механические повреждения. Нередко древесные растения подвергаются воздействию комплекса факторов, и в этом случае физиологические изменения ускоряются, проявляются внешние признаки болезни, процессы ослабления и гибель растений протекают быстрее.

К антропогенным факторам неблагоприятного воздействия на естественные природные и урбоэкосистемы относятся: загрязнение атмосферы, поверхностных и грунтовых вод, почвы промышленными и автотранспортными выбросами; хозяйственные мероприятия, проводимые в лесных и городских насаждениях; возрастающие с каждым годом масштабы рекреации насаждений.

 

Загрязнение окружающей среды. Промышленные эмиссии и выхлопные газы автотранспорта приводят к значительным стрессам, которые испытывают природные естественные и урбоэкосистемы. Однако из всех компонентов экосистем от загрязнения атмосферы и почвы наиболее сильно страдает растительность. Лесные и городские насаждения, находящиеся в зоне атмосферного загрязнения, ослабляются и усыхают.

Различные древесные породы обладают неодинаковой газоустойчивостью и газочувствительностью.

Газоустойчивость - это способность растения противостоять вредному действию газов, сохраняя свою жизнеспособность.

Газочувствительность - это скорость и степень появления у растений патологической реакции на токсическое действие газов. Например, лиственница более газочувствительна, чем сосна и ель, и тем не менее она обладает большей газоустойчивостью, чем указанные породы. 

Различают три вида газоустойчивости растений: физиологическую, морфологическую и биологическую.

Физиологическая устойчивость определяется низкой окисляе-мостью клеточного содержимого. Двуокись серы и другие кислые газы, проникая в клетки, связывают активное железо, без которого невозможен фотосинтез. Так как солнечная энергия продолжает поступать в листья, то хлорофилл, обладающий флуоресцирующей способностью, проявляет фотодинамическое действие, которое выражается в фотоокислении. Окисленные вещества разрушаются, что приводит к отмиранию клеток. Поэтому чем меньше окисляемоеть протоплазмы, тем выше газоустойчивость растений. В связи с этим хвойные породы, имеющие большую окисляемоеть, менее устойчивы к действию газов. Лиственные породы, у которых общая окисляемость меньше, обладают более высокой газоустойчивостью.

Морфолого-анатомическая газоустойчивость обусловливается особенностями строения листьев, которые препятствуют поступлению газов в растение. 

Биологическая газоустойчивость связана со способностью растений быстро восстанавливать поражённые газами органы.

Растение может обладать одновременно различными видами газоустойчивости. При этом какой-либо один вид газоустойчивости может доминировать и определять степень газоустойчивости данного вида растения. Газоустойчивость древесных пород зависит от химического состава соединений, которые есть в промышленных отходах, от условий внешней среды и характера задымления.

Основными примесями, содержащимися в выбросах промышленных предприятий и автотранспорта, являются соединения серы, фтора, хлора, азота, магния и другие. Ниже приводятся диагностические признаки поражения под действием опасных соединений.

Диоксид серы (S0₂) - этот бесцветный газ выбрасывается в атмосферу коксохимическими заводами, горнорудными и целлюлозно-бумажными предприятиями. Характерные признаки поражения появляются на хвое (листьях) только при сильном действии выбросов, когда разрушаются клеточные структуры и пигмент. При действии высоких концентраций газа чёткие признаки поражения проявляются через несколько дней. Хвоя приобретает рыже-бурую окраску. У сосны и пихты изменения окраски хвои часто начинаются с концов. Причём у сосны оно протекает постепенно, тогда как у ели сначала идёт медленно, а затем очень бурно. На листьях под влиянием сернистого газа появляются пятна красно-бурого цвета различного размера. Высокие концентрации сернистого газа вызывают образование пятен, часто охватывающее более половины площади листовой пластинки.

Поражение диоксидом серы приводит к преждевременному опадению листьев и хвои, а высокие концентрации газа вызывают искривление и отмирание молодых побегов. Лиственные породы более устойчивы к действию S0₂, чем хвойные. Предельно допустимая концентрация его составляет (мг/м³): для лиственницы 0,25, для сосны 0,40, для ели 0,70.

Ослабление деревьев сопровождается нарушением обмена веществ, падением активности окислительных ферментов, ослаблением фотосинтеза и разрушением хлорофилла. В то же время происходят деформация и разрушение клеток и тканей коры, луба, камбия, хвои и листьев.

Фтор и его соединения - в твёрдом или газообразном состоянии они выбрасываются в атмосферу заводами по производству алюминия, кирпича, керамических изделий, фосфатных удобрений; выделяются при выплавке стали, попадают в атмосферу из дымовых труб и фабричных установок.

Поражение растений происходит через листья (хвою) и корни. При концентрации, равной 0,01 мг/м³, поражения образуют по периферии листа узкие некротические полосы светло-жёлтого цвета. У хвойных пород происходит побеление, а затем потемнение концов хвои, которое распространяется к основанию игл. Действие фтора в высоких концентрациях выражается в прекращении фотосинтеза, нарушении роста и развития, отмирании завязей, загнивании плодов. 

Наиболее восприимчивы к соединениям фтора хвойные породы, среди них менее устойчива сосна.

Хлор и хлористый водород применяют в производстве пластмасс и инсектицидов. Эмиссии соляной кислоты встречаются на заводах по изготовлению калийных солей. Пары хлора и хлористого водорода быстро оседают на землю и поэтому повреждают растительность только вблизи источника эмиссии. Их содержание в воздухе в концентрации менее 1 мг/м³ вызывает сильное поражение листьев. Сначала листья приобретают тёмный цвет с хорошо заметным серебристым оттенком, затем на них появляются обесцвеченные участки разных размеров. По мере отмирания тканей они крошатся, образуя отверстия. При длительном действии низких концентраций хлора краснеют края листьев.

Нитрозные газы. Это смесь окисей азота, которая выбрасывается в атмосферу заводами по производству азотной, серной кислот и нитратных удобрений, а также - с отработанными газами автотранспорта. Окиси азота вызывают сильное поражение листьев (хвои) в концентрации более 2 мг/м³. На вершинах и по краям листьев образуются буровато-чёрные участки. У хвойных пород происходит покраснение кончиков хвои.

Выхлопные газы автотранспорта. В их состав входят фумиганты окиси углерода, нитрозные газы, ненасыщенный водород, полициклические ароматические углеводороды, сажа и свинцовые соединения. Выхлопные газы вызывают образование некрозов на листьях, преждевременное усыхание и опадение листвы, ослабление и усыхание деревьев.

Пылевидные эмиссии выбрасываются топками, металлургическими и цементными заводами.

Цементная пыль представляет собой смесь минералов, содержащих калий, кальций, алюминий. Такая смесь выбрасывается печами цементных заводов, пылевидные эмиссии осаждаются вблизи источников загрязнения. Оседающая на листьях и хвое пыль снижает ассимиляцию и эффективность солнечного излучения, способствует повышению температуры. При попадании на почву пыль изменяет её кислотность и содержание в ней микроэлементов. Все это приводит к усыханию хвои и листьев, нарушению роста корневой системы и как следствие - к ослаблению и гибели деревьев.

Магнезитовая пыль образуется при обжиге магнезитовой руды. Основным компонентом магнезитовой пыли является оксид магния. Она оказывает отрицательное действие как на лиственные, так и на хвойные породы, однако последние страдают сильнее. Магнезитовая пыль повреждает только молодую хвою и листву. Поэтому в начале вегетации деревья менее устойчивы к действию магнезитовой пыли. В связи с этим хвоя, уцелевшая от токсического действия магнезитовой пыли в первые годы жизни, в дальнейшем не погибает. В результате действия магнезитовой пыли хвоя на побегах текущего года принимает светло- или желтовато-зелёную окраску. Двухлетняя хвоя краснеет, буреет и частично погибает. У лиственных пород между жилками листа образуются светло-зелёные или желтовато-зелёные пятна.

В результате постоянного действия магнезитовой пыли хвойные породы усыхают, особенно сосна и ель. Их гибель наступает при сильном изреживании кроны, которое происходит вследствие поражения молодой хвои магнезитовой пылью и под влиянием её естественного старения. Отмирание поражённой сосны часто связано со стволовыми вредителями, поселяющимися на ослабленных деревьях.

Степень повреждения растений промышленными эмиссиями зависит от их концентрации в окружающей среде и длительности действия. Длительное воздействие выбросов в концентрациях ниже предельной нормы вызывает хронические поражения насаждений, проявляющиеся в постепенном изменении физиологических и биохимических функций. Аварийные выбросы, характеризующиеся высокими концентрациями и кратковременным действием, приводят к острым поражениям, которые проявляются в массовом образовании некрозов на листьях и хвое и сравнительно быстром отмирании деревьев.

Усыхание насаждений в зоне промышленных выбросов зависит от следующих факторов: возраста, состава и полноты насаждений, близости источника выбросов, направления ветра, рельефа, погодных условий, концентрации токсичных веществ.

В зоне промышленных выбросов процесс усыхания более интенсивен в насаждениях старшего возраста, в изреженных и высокополнотных древостоях. Это объясняется тем, что в изреженных насаждениях газы беспрепятственно проникают вглубь, а при слишком плотном смыкании крон они застаиваются под пологом длительное время, не изменяя концентрации. Значительно меньше усыхают среднеполнотные насаждения, в которых воздух максимально перемешивается и концентрация токсичных веществ уменьшается. Смешанные насаждения в меньшей степени страдают от дымовых газов, чем чистые хвойные, так как лиственные породы поглощают часть газов и уменьшают их вредное влияние на хвойные породы.

Сохранность и повышение устойчивости лесных и зелёных городских насаждений в зонах воздействия промышленных выбросов достигается комплексом технических и лесохозяйственных мероприятий. 

Для того чтобы уменьшить влияние промышленных выбросов, необходимо прежде всего постоянно совершенствовать пыле- и газоочистительные установки, а также технологии промышленных процессов. Сокращение выбросов автотранспорта может быть достигнуто совершенствованием двигателей внутреннего сгорания, переводом их на другие малотоксичные виды топлива. Большое значение имеет организация мониторинга за состоянием лесных и зелёных насаждений в зонах промышленных выбросов. Из числа лесохозяйственных мероприятий, направленных на снижение степени воздействия промышленных выбросов, можно назвать следующие: создание смешанных насаждений с опушками из стойких пород, расположение насаждений с учётом рельефа и направления господствующих ветров, определяющих распространения выбросов. Кроме того, при озеленении промышленных центров необходимо учитывать различную степень газоустойчивости древесных пород. 

Оценка газоустойчивости деревьев и кустарников:

очень устойчивые - белая акация, боярышник, ива белая, роза, сирень, тополь бальзамический и канадский, ясень зелёный;

устойчивые - ель колючая, можжевельники казацкий, сибирский и обыкновенный, вяз, дуб, карагана древовидная, разные виды клёна, липа крупнолистная и войлочная, рябина обыкновенная, сирень, тополь белый, чёрный, крупнолистный, яблоня, ясень американский, обыкновенный и пушистый;

относительно устойчивые - можжевельник виргинский, берёза пушистая, граб, конский каштан, клён остролистный, липа мелколистная, орех, тополь китайский, лавролистный;

малоустойчивые - ель восточная, сибирская, пихта белая, сибирская, барбарис обыкновенный, берёза бородавчатая;

неустойчивые - лиственница, сосна обыкновенная, Банкса, веймутова.

Хозяйственная деятельность человека наряду с положительным влиянием (уход за лесом, создание насаждений, борьба с болезнями и вредителями) в ряде случаев отрицательно сказывается на насаждениях, вызывая их ослабление, отмирание, способствуя развитию очагов вредителей и болезней. Негативными сторонами хозяйственной деятельности, способствующими развитию болезней, являются следующие мероприятия: порослевое возобновление, монокультура, неудачные типы и конструкции посадок, выпас скота, травматизм растений, применение пестицидов и других химических веществ.

Систематическое возобновление насаждений порослью приводит к их вырождению. Порослевые насаждения второго и последующих поколений, как правило, ослаблены и менее производительны, чем насаждения семенного происхождения, что объясняется резким нарушением развития корневой системы и кроны. Ослабленность порослевых насаждений является предпосылкой для поражения их болезнями. В порослевых насаждениях особенно часто возникают очаги сосудистых болезней, передающихся через заражённые пни: сосудистый микоз дуба, голландская болезнь ильмовых пород, вертициллёзное усыхание клёна.

Приспевающие и спелые насаждения порослевого происхождения сильнее, чем семенные, поражаются гнилями. 

В Тульских засеках в средневозрастных дубравах порослевого происхождения плодовые тела ложного дубового трутовика имели 15-20% деревьев, а 35-40% модельных деревьев были с гнилью, вызванной этим трутовиком.

Создание монокультур является причиной развития опасных болезней, принимающих характер эпифитотий. Это объясняется тем, что однопородные насаждения характеризуются бедным видовым составом патогенов, но некоторые из них, способные поражать породу, образующую насаждение, оказываются в оптимальных условиях. Создание чистых сосновых культур, особенно на нелесных почвах, привело к развитию эпифитотии корневой губки (Heterobasidion annosum) в разных регионах России. 

В очагах корневой губки развиваются очаги стволовых вредителей. Чистые сосновые культуры сильнее страдают от снежного шютте (Phacidium infestans), побегового рака (Scleroderris lagerbergii). В чистых культурах и посадках тополя в благоприятные для возбудителей годы наблюдается массовое развитие ржавчины (Melampsora attii-populina), бурой пятнистости (Marssonina populi), парши (Pollaccia radiosa).

Неудачно подобранные типы и конструкции посадок, особенно из пород, не соответствующих условиям местопроизрастания, приводят к их ослаблению и массовому распространению болезней. Важное значение при этом имеет густота посадок, оптимум которой определяется в каждом конкретном местообитании. Известно, что загущенные культуры и посадки ели в сильной степени поражаются шютте (Lophodermium macrosporum). В перегущенных посадках школьных отделений древесных питомников и в культурах тополя чаще возникают очаги мокрого язвенно-сосудистого рака и цитоспороза.

Отрицательное воздействие на насаждения оказывает перевыпас, от которого наиболее страдают насаждения на слаборазвитых почвах с редким травяным покровом. Протаптываемые скотом тропы сливаются, на этих участках исчезают травяной покров и лесная подстилка. На оголённых, уплотнённых участках почвы корни деревьев в сильной степени повреждаются копытами животных. Через повреждения в корни проникают возбудители гнилей, в частности корневая губка. Ослабленные деревья заселяются стволовыми вредителями, ускоряющими процесс отмирания.

Лесохозяйственные мероприятия травмируют растения, что если и не приводит к их гибели, то ослабляет их и способствует заражению болезнями. При культивации посевов в питомниках нередко наблюдается повреждение корневой системы у сеянцев в крайних рядах. Повреждённые сеянцы засыхают или ослабляются, отстают в росте и становятся непригодными к посадке. Посадочный материал в питомниках, культуры и молодые посадки в городских насаждениях травмируются при уходе за ними. Через нанесённые повреждения в ткани деревьев легко проникают возбудители болезней. В 1991-1992 гг. при обследовании Московского совхоза декоративного садоводства было обнаружено значительное поражение (43 и 57 %) нектриозом клёна остролистного, предназначенного для реализации. Анализ поражённых деревьев показал, что все они имели механические повреждения в нижней части стволов, полученные при культивации. 

В культурах и городских насаждениях деревья часто травмируются во время посадки и послепосадочного ухода, при небрежной обрезке сучьев, когда вместе с обрезанными ветвями сдирается кора, а иногда повреждается древесина стволов. В насаждениях массовые механические повреждения стволов связаны с проведением рубок, трелевками, прокладкой визиров. В таких насаждениях отмечается высокий уровень поражённости гнилевымн болезнями, возбудители которых проникают через повреждения стволов.

Интенсивное развитие химической промышленности приводит к тому, что постоянно в биосферу поступает большое количество различных химических веществ, в том числе и пестицидов. Пестициды обладают различной физиологической активностью и в зависимости от физико-химических свойств, доз, способов и сроков применения могут оказывать фитотоксическое или стимулирующее действие на защищаемые растения.

Способность пестицидов оказывать токсическое (отравляющее) воздействие на растение называют фитотоксичностью. Она проявляется при неправильном применении пестицидов, когда завышают допустимые концентрации или нарушают технологию обработки растений. При этом пестициды могут вызвать повреждение защищаемых древесных пород, а также соседних с ними деревьев и подлеска.

При быстром распространении по растению пестициды вызывают общее отравляющее действие на весь организм. Если пестицид распространяется медленно и локализуется в местах проникновения в растения, он оказывает местное действие. Оно чаще всего проявляется в виде ожогов листьев с образованием бурых и коричневых пятен.

В городских насаждениях негативное влияние на древесные растения оказывают хлористые соли, в том числе поваренная соль, применяемые для борьбы с наледями и снегом на автомагистралях, на улицах и во дворах. Длительное применение противолёдных препаратов приводит к постепенному засолению почв. Отрицательное действие хлоридов на древесные растения проявляется в более позднем и неравномерном распускании листьев, сухокронности и снижении интенсивности роста, образовании на листьях некрозов, преждевременном их усыхании и опадении. Особенно страдают от комплексного воздействия засоления, промышленных и автотранспортных выбросов деревья на автомагистралях крупных городов и насаждения вблизи промышленных предприятий.

Рекреационная нагрузка. Увеличивающиеся с каждым годом масштабы городского строительства и рост городского населения приводят к возникновению больших рекреационных нагрузок в зелёных зонах. Особенно высокий рекреационный пресс создается в наиболее посещаемых населением пригородных лесах и лесопарках. Избыточное рекреационное воздействие на пригородные лесные насаждения сопровождается уплотнением почвы, нарушением естественного живого покрова, уничтожением и повреждением подроста и подлеска, изреживанием древостоя, обнажением корневых лап, нанесением многочисленных механических повреждений стволов и корней.

Все изменения природных комплексов в зонах рекреации приводят к увеличению уровня поражённости древостоев болезнями. В результате изреживания сосняков под действием рекреационного пресса возрастает их поражённость смоляным раком. В ельниках пригородных лесов механические повреждения корней способствуют заражению ели самыми опасными корневыми гнилями, вызываемыми корневой губкой и опёнком осенним. С повышением рекреационной нагрузки и количества механических повреждений на стволах в ельниках заметно увеличивается распространение раневого рака. По мере возрастания рекреационной дигрессии повышается уровень поражённости деревьев стволовыми гнилями.

Для ограничения вреда, причиняемого лесным насаждениям рекреацией, необходимо проводить комплекс лесохозяйственных мероприятий, включающий организацию мониторинга состояния пригородных лесов и зелёных городских насаждений, проведение лесоустройства, регулирование допустимой нормы посетителей в разных экологических объектах, рациональное устройство дорож-но-тропиночной сети, эстетически улучшать открытые участки для отдыха, периодически или длительно ограждать наиболее ценные участки насаждений, устанавливать маршруты для лыжных прогулок.