Под заводскими "факелами"

Как известно, промышленные предприятия составляют существенную и неотъемлемую часть современного города. Напомним, что один из главных критериев (наряду с численностью населения), по которым тот или иной населенный пункт относится к категории городов, - это занятость жителей в основном в промышленности и торговле. На одного жителя в городах с развитой индустрией приходится по нескольку десятков квадратных метров территории промышленных предприятий (например, в Волгограде - 32 м², в Челябинске - 46 м²). В некоторых городах до 60% земель занято промышленными предприятиями и окружающими их зонами. В эту площадь входит и территория "промышленного озеленения".

Назначение зеленых насаждений в индустриальных районах города несколько иное, чем в других. Это прежде всего формирование санитарной зоны вокруг промышленных предприятий, которая должна защищать близлежащие жилые (или, как говорят архитекторы, селитебные) территории от вредных газообразных выбросов, пыли и шума. Такая зона в два-три раза снижает концентрацию двуокиси серы, сероводорода и окислов азота. Немаловажна и защита персонала самого промышленного предприятия. Растительности, таким образом, отводится роль своего рода технологического узла в промышленном производстве - роль фильтра и детоксиканта, в значительной мере обезвреживающего отходы и другие нежелательные последствия производства.

В современной экологической литературе утвердилось мнение о том, что даже при прекрасно работающих очистных системах промышленное озеленение необходимо, поскольку растительность "доочищает" окружающую среду. Эта роль растений основана на их огромной поглотительной способности, о которой уже шла речь в разделе "Городская среда и растения". Известно, например, что один гектар молодых древесных насаждений, в возрасте 20-30 лет, может поглотить за вегетационный сезон около 20 т промышленной пыли и 500-700 кг сернистого газа. Некоторые древесные породы (тополь черный, ива козья, белая акация, лох и др.) в состоянии, кроме того, поглощать такие токсичные вещества, как фенольные соединения, пиридины и т. п. Эти живые фильтры удобны еще и своей способностью к периодической самоочистке: накапливая токсиканты в листьях, листопадные деревья и кустарники осенью стряхивают их вместе с опадающей листвой и со следующей весны вновь готовы "приступить к работе".

Неплохими поглотителями могут быть и газонные травы. Недаром среди разнообразных типов газонов существует такая разновидность, как "промышленные газоны", специально предназначенные для очистки воздуха на промплощадках. На этих газонах используют травы, способные поглощать и накапливать двуокись серы и другие газообразные токсиканты. Например, обычные газонные виды - овсяница красная, мятлик луговой, полевица побегоносная и др. - на территории коксохимических предприятий накапливают в листьях и стеблях двуокись серы в концентрации, в два-три раза большей по сравнению с окружающим фоном. Этому способствует значительная листовая поверхность: даже в жестких условиях химического производства на 1 м² территории приходится 2,5-5 м² общей площади листьев. Конечно, для самих трав это не проходит даром, и на таких газонах требуется часто менять травяной покров.

Есть у растений на индустриальных территориях и другие "рабочие профессии". Это и защитная роль специальных противопожарных насаждений, и "зрительное закрытие" (по выражению архитекторов) посадками отдельных застроек, и чисто декоративное оформление. Все большее значение придается созданию на промышленных территориях и озелененных "уголков" отдыха, разгрузки, снятия усталости, психофизиологического комфорта. Для них рекомендуется отводить изолированные участки, окруженные живыми изгородями и украшенные цветниками. Для того чтобы выполнять те разнообразные функции, которые человек возложил на растительность в промышленном районе города, растения должны обладать повышенной устойчивостью к индустриальным загрязнениям. Мы уже частично касались этой проблемы, разбирая вопрос о влиянии городских условий (в том числе и загрязнений) на жизнедеятельность и облик растений. В индустриальных районах, естественно, на долю растений достаются гораздо более сильные дозы токсикантов, чем в других зонах города, да и "букет" их значительно разнообразнее. Если примерно до 1940-х годов, говоря о промышленных загрязнителях городского воздуха, в литературе упоминали лишь дым и сернистый ангидрид, то теперь вещества-загрязнители, содержащиеся в "факелах" промышленных предприятий, исчисляются сотнями.

Влияние различных индустриальных загрязнителей на общее состояние и отдельные показатели жизнедеятельности растений в настоящее время привлекает пристальное и тревожное внимание многих исследователей и научных коллективов. Появились новые ветви науки о растениях, отразившиеся в таких заголовках недавно вышедших книг, как "Промышленная ботаника", "Индустриальная экология растений" и др. Читатель, желающий подробнее познакомиться с этим кругом вопросов, может воспользоваться списком рекомендуемой литературы. В этой книге мы ограничимся лишь перечислением и немногими примерами тех последствий, к которым приводит действие промышленных выбросов на растения индустриальных зон города.

Наиболее наглядно изменение внешнего облика растений. Газонные злаки оказываются низкорослыми и без скашивания: так, даже крупные травы ("верховые злаки" естественных лугов) на газонах шинных и химических заводов не вырастают выше 10-20 см. У деревьев и кустарников на промплощадках листья мелкие, иногда сморщенные или необычной формы - гофрированные, свернутые и т. д., например, у сирени на территории коксохимических заводов листья имеют форму "лодочки". Часто листья и хвоинки необычно окрашены (побуревшие, покрасневшие) или повреждены - с некротическими пятнами, обожженными краями, отсыхающими кончиками. У хвойных пород, оказавшихся под "факелом", хвоя недолговечна: если у лесных сосен хвоя живет 3-4 года, у елей - до 8-12 лет, то вблизи источников промышленных выбросов - не более 1-2 лет, да и хвоинок на побеге образуется мало. Поэтому кроны хвойных в таких условиях постепенно "лысеют".

В индустриальных зонах обычны различные нарушения в сезонном развитии растений. Там, где микроклимат промплощадок отличается повышенными температурами, деревья, кустарники и газонные травы весной трогаются в рост раньше, чем в других городских кварталах. В иных случаях, напротив, развитие задерживается под действием токсикантов. Так, на территории химических предприятий Ленинграда раскрывание почек у деревьев запаздывает в среднем на 2-3 дня (у отдельных видов - до 17 дней) по сравнению с парком Лесотехнической академии; значительно задерживается и цветение. Пожелтение и опадение листьев, напротив, наступают гораздо раньше обычных сроков из-за накопления в листьях токсических веществ. В итоге "рабочий сезон" листьев в целом у растений в промышленных районах заметно укорочен. Поскольку у деревьев здесь часто отмирают верхушечные почки, появляется такое нарушение сезонного развития, как пробуждение спящих почек, из которых развиваются дополнительные ("жировые") побеги. Однако эти побеги недолговечны: они не успевают одревеснеть и зимой вымерзают.

Различного рода нарушения происходят и в генеративной сфере растений. Цветоводы-озеленители знают, как трудно добиться хорошего цветения декоративных видов на промышленных территориях: здесь мало закладывается бутонов, часть из них опадает еще до распускания, а из выживших получаются мелкие цветки, нередко с отклонениями в форме и окраске. Семена, если они вообще образуются, имеют низкую всхожесть (порядка 20-30%). Можно сказать, что растения испытывают гнет промышленной среды с младенчества...

Наиболее общая реакция растений на жесткие условия промышленного района - снижение продуктивности фитомассы, что особенно проявляется у древесных растений. Так, в промышленных городах Силезии годичный прирост хвойных в среднем на 30% ниже, чем в незагрязненных районах. В других случаях это снижение достигает 50-60% и более. Интересно, что продуктивность растений в определенной степени может отражать интенсивность работы предприятия. У сосен, растущих вблизи одного из крупных промышленных предприятий в США, проанализировали толщину годичных колец за несколько десятилетий. Оказалось, что самые узкие годичные кольца на срезах стволов совпадали с годами наиболее производительной работы завода; именно в эти годы резко снижался прирост стволов сосен в толщину.

Как ни трудна жизнь растений в тесном соседстве с промышленными предприятиями, все же, к счастью, среди ассортимента растений для городского озеленения выявлено немало устойчивых видов, на которые можно вполне положиться при создании насаждений и цветников в индустриальных зонах. Набор их определился в основном на практике, методом "проб и ошибок". К числу наиболее выносливых древесных пород (и вместе с тем хороших газо- и пылеуловителей) относятся тополя (канадский, бальзамический, берлинский), ива белая, клен американский, белая акация и др. Из кустарников часто используют лох узколистный, кизильник, дерен белый, сирень.

Среди цветочных культур, рекомендуемых для территорий фабрик и заводов, - львиный зев, табак душистый, агератум, петуния, бархатцы, кохия; среди "допускаемых" (без гарантии успеха) - маргаритка, георгины, гвоздика Шабо, флокс многолетний, "анютины глазки" и др.

Даже среди хвойных (как уже упоминалось ранее, особенно чувствительных ко всякого рода загрязнениям) есть породы, достаточно "бесстрашные" - растущие не только на городских улицах, но и на промплощадках. Это прежде всего ель колючая - наиболее выносливая хвойная порода, а также некоторые гибридные разновидности можжевельника и другие виды (например, в городах Силезии неплохо чувствует себя кедр европейский).

Результаты многочисленных экспериментов, проводимых озеленителями, сотрудниками ботанических садов и других научных учреждений, позволяют расширить списки видов растений - кандидатов на участие в украшении и облагораживании индустриальных территорий. Так, в Белоруссии для озеленения предприятий химической промышленности рекомендовано более 80 видов деревьев и кустарников, для лакокрасочных предприятий - около 30 цветочно-декоративных культур. Проводится и селекционная работа - отбор семян с высокожизнеспособных экземпляров из районов, где воздух сильно загрязнен, создание генофонда из наиболее выносливых местных и акклиматизированных видов. Словом, материала для работы озеленителей достаточно, остается лишь приложить труд и терпение.

Если сейчас на отведенную растениям территорию фабрик и заводов приходится не более 4-7%, то в будущем, по предложениям архитекторов, она должна составить не менее 20-25%, а в отдельных случаях и больше. Кроме того, рекомендуется шире применять вертикальное озеленение, устройство садов и газонов на крышах.

Растения в промышленном районе могут сослужить и еще одну немаловажную службу - как своеобразное средство информации о загрязнении окружающей среды и прежде всего атмосферного воздуха. Идея об использовании растений для оценки качества окружающей среды лежит в основе одного из направлений современного биомониторинга.

Читателю, вероятно, известно такое популярное понятие современной экологии, как "мониторинг" (от англ. monitoring - наблюдение, слежение), т. е. слежение за состоянием окружающей человека природной среды и предупреждение о создающихся критических ситуациях, вредных или опасных для здоровья людей и других живых организмов. Биомониторинг, как говорит слово "био", - мониторинг, осуществляемый с помощью живых организмов. Добавим еще, что выявление каких-либо изменений в среде с помощью именно растений получило название фитоиндикации среды; обнаружение загрязняющих примесей в воздухе - один из ее частных случаев.

Обсуждая преимущество фитоиндикации в этом плане, американские экологи У. Мэннинг и У. Федер, авторы книги "Биомониторинг загрязнения атмосферы с помощью растений", приводят такое соображение. Для того чтобы следить за концентрацией в воздухе озона (одного из главных компонентов фотохимического смога), двуокиси серы и других токсикантов, нужны приборы стоимостью около 5 тыс. долл. каждый. К тому же для их работы необходимо электропитание, калибровка, постоянное наблюдение; они чувствительны к климатическим влияниям и действию различных неконтролируемых факторов. Ну, а растения в роли "наблюдателей" обходятся недорого, легко воспроизводятся и размножаются; будучи высажены на нужных участках или в передвижных контейнерах, не требуют большого ухода. Травянистые растения можно сменять ежегодно или даже несколько раз в течение вегетационного сезона. Правда, для того чтобы растение было настоящим монитором (т. е. не только указывало на присутствие определенного вещества, но и давало представление об его количестве), требуется большая подготовительная работа. Так, для исследования всех деталей реакции соевых бобов на разную концентрацию двуокиси серы в воздухе и построения калибровочной кривой (зависимости "доза - ответная реакция") понадобилось несколько лет. Но зато теперь это растение прочно вошло в арсенал недорогих и надежных средств биомониторинга.

Каким же образом растения, обитающие в городских промышленных районах, могут сигнализировать нам о качестве воздушной среды? Как уловить и прочитать эти сигналы?

Фитоиндикация промышленных загрязнений возможна по нескольким направлениям. Одним из показателей может быть повышение содержания веществ-токсикантов в листьях и других органах растений. Хорошо известно, что вблизи медеплавильных заводов растения накапливают медь, вблизи алюминиевых - соединения алюминия и фтора и т. д. В ряде случаев по веществам, поглощенным окружающей растительностью, можно без труда определить профиль металлургического предприятия. Особенно удобным тест-объектом служит кора деревьев (ее омертвевшие части). А стволы деревьев хранят своеобразную память о времени поглощения промышленных токсикантов. Так, в древесине старых дубов из индустриальных районов ФРГ были обнаружены следы содержания металлов, поглощенных в прошлые десятилетия. Методом дендрохронологического анализа (по годичным кольцам) удалось выяснить, что наибольшая концентрация металлов совпадает с годами мировых войн и ввода в действие новых промышленных комплексов.

Другой способ фитоиндикации - определение тех или иных примесей в воздухе по изменению внешнего облика или отдельных признаков растения. Вот несколько наиболее ярких примеров. На загрязнение воздуха двуокисью серы лиственные древесные породы реагируют обесцвечиванием и побурением листьев между жилками или по краям, хвойные - покраснением хвои начиная с кончиков. Под действием ПАН (периацетилнитрата, одного из компонентов фотохимического смога) у фасоли обыкновенной нижняя сторона листа приобретает характерный глянцевый блеск и бронзовую окраску. О высокой концентрации в воздухе двуокиси азота сигнализирует обесцвечивание краев листьев барвинка розового. Хорошие индикаторы загрязнения воздуха соединениями фтора - гладиолусы (особенно сорт Снежная принцесса), у которых под влиянием фторидов вначале отмирают кончики листьев, а затем повреждение распространяется по всему листу. Своеобразна реакция некоторых растений на присутствие в воздухе этилена: у цветков садовой гвоздики преждевременно поникают и свертываются лепестки, цветок кажется "сонным"; у томатов и бархатцев поникают листья и стебли. Наконец, известны реакции растений не только на отдельные токсиканты, но и на определенные смеси: так, о загрязнении воздуха смесью озона и двуокиси серы сигнализирует появление специфических светлых пятен между жилками листьев табака.

Растения-индикаторы, особо чувствительные к определенным загрязнителям, могут служить своего рода приборами-измерителями, по которым можно не только распознать загрязняющее вещество, но и судить об его концентрации. В Токио в 1976-1983 гг., например, успешно использовали белую петунию, чувствительную к ЛАН, для определения концентрации этого загрязнителя в разных районах города.

Совершенно особое место среди индикаторов занимают споровые растения. Из предыдущих разделов читатель уже получил представление об угнетении мхов и лишайников в городских условиях и его причинах. Высокая чувствительность мхов и лишайников к двуокиси серы и другим промышленным токсикантам делает эти растения незаменимыми для биомониторинга. Составив карту распространения мхов в крупном городе, можно с уверенностью судить о состоянии воздушной среды в разных его частях (рис. 13). Но гораздо чаще для этой цели используют лишайники. Степень загрязнения воздуха в индустриальных районах оценивают по видовому составу и обилию лишайников, применяя количественные методы лихеноиндикации - "лишайниковые формулы".

Рис. 13. По видовому составу и состоянию мхов как показателю загрязнения воздуха в Минске выделено несколько зон (по А. Шуканову и др., 1986 г.). Зоны загрязнения: 1 - наибольшего; 2 - сильного; 3 - значительного; 4 - умеренного; 5 - слабого; 6 - незначительного. Штриховкой обозначены зеленые насаждения, точечным пинктиром - границы зон

Среди множества примеров реакции лишайников на промышленные загрязнения есть весьма любопытные. В Шотландии изучали флору лишайников на верхних срезах столбов заборов в окрестностях заводов, выплавляющих алюминий. Чем ближе к заводу, тем чище была поверхность столбов, а на внутризаводской территории она оказалась совсем гладкой. В Великобритании к составлению карты загрязнения воздуха двуокисью серы были привлечены школьники разных районов страны. Им раздали буклеты с цветными фотографиями семи обычных, легко распознаваемых видов лишайников, обитающих на деревьях и камнях. Дети отмечали присутствие тех или иных видов в специальных регистрационных карточках, на основании которых были составлены карты распространения этих лишайников по отдельным районам, а затем и объединенная карта для всей страны. Поскольку зоны распространения конкретных видов лишайников (или их наборов) соответствовали определенной концентрации двуокиси серы, в результате этой коллективной работы выявились регионы с наибольшей загазованностью. Так, вообще не было лишайников вблизи источников промышленных выбросов и в центрах городов, три устойчивых вида школьники находили в зонах слабого загрязнения, все семь видов присутствовали в районах с наиболее чистым воздухом.

Для биомониторинга дернинки мхов и кусочки талломов (слоевищ) лишайников используют в качестве передвижных индикаторов-трансплантатов, пристраивая их на самых разных субстратах - стенах, крышах, деревьях и др. - в районах предполагаемого загрязнения. Показателем может служить как концентрация поглощенного загрязнителя, так и изменение интенсивности физиологических процессов растения (конечно, если ее нетрудно измерить). Финскими учеными еще в 1970-х годах был разработан метод определения чистоты воздуха, основанный на измерении скорости связывания азота одним из видов лишайников. По ее снижению можно достаточно четко уловить степень загрязнения воздуха.

"Лишайниковые пустыни" в промышленных районах отнюдь не неизбежные спутники индустрии. Правда, они возникают и поддерживаются в результате сильной загазованности; однако этот процесс обратим, и после прекращения выбросов изгнанная лишайниковая флора постепенно возвращается. Уже через восемь лет после закрытия одной из австрийских целлюлозных фабрик вблизи нее поселилось 25 видов лишайников - не меньше, чем в соседних "чистых" районах. Такие факты порождают надежду на репатриацию лишайниковой флоры в места бывших "пустынь" по мере совершенствования очистки выбросов или перехода на безотходную технологию. Возможно, в будущем ботаники-лихенологи смогут собирать гербарий всего местного состава лишайников даже на внутризаводских территориях.