Відомо, що атмосферне повітря складається із суміші газів: 21% - кисню, 78% - азоту, 0,03% - вуглецю, близько 1% аргону та водяної пари.
Міліони років атмосфера забруднювалась іншими викидами як природного, так і антропогенного походження.
Джерела постування забруднюючих атмосферу речовин можна перерахувати в такому порядку:
1.стаціонарні джерела (сгорання палива);
2.рухомі джерела (транспорт);
3.нафтопереробні заводи;
4.добування корисних копалин (не металів);
5.чорна металургія;
6.кольорова металургія;
7.хімічна промисловість;
8.целюлозно-паперова промисловість;
9.харчова та фуражна промисловість.
Забруднюючі атмосферу речовини поділяють на первинні - викиди джерел забруднень (вуглеводні, альдегіди, етилен тощо) та вторинні -фотохімічні оксиданти, що утворюються вже в атмосфері (озон, двоокис азоту, пероксіацетилнітрати).
Вплив фотохімічних оксидантів на рослини навіть сильніший, ніж первинних забруднень, а їх вміст в атмосфері залежить від часу доби, метеорологічних умов та концентрації первинних забруднюючих речовин. Найнижчмй вміст в ранкові часи, коли відбувається найменший викид в атмосферу промислових газів, а найвищий в дві-три години дня. В суміші вторинних забрудників, найтоксичнішим елементом є озон. Відомо, що його концентрація залежить від сонячного світла і співвідношення NO2/NO. Дугою за токсичністю речовиною, що забруднює атмосферу, вважають етилен, концентрація якого 10-9 спричинює незворотні явища в рослинному організмі.
В США щорічні збитки від пошкодження рослин атмосферними фітотоксичними полютантами перевищують 135 млн. доларів.
На відповідну реакцію рослини на вплив фотооксидантів впливають наступні фактори:
1.генетично-зумовлені пороги пошкодження або фізіологічні реакції (швидкість росту, цвітіння, плодоношення, утворення насіння, урожайність);
2.вік рослини, або ступінь її зрілості;
3.умови культивування, включаючи запас поживних речовин, вміст вологи в грунті, освітлення, температуру, відносну вологість повітря та тип грунту;
4.концентрація забруднюючої речовини і тривалість впливу (характерний ефект “доза-відповідь”), відповідно гостра або хронічна дія;
5.метеорологічні фактори (швидкість і напрямок вітру, кількість опадів тощо).
Всі вищенаведені фактори інтегруються рослиною, яка певним чином реагує на вплив певної забруднюючої речовини.
Розробка системи фітомоніторингу потребує якщо не обліку, то хоча б знання усіх перерахованих вище факторів. Крім того, дослідник повинен знати реакцію рослини на хвороби та шкідників, щоб відрізняти біогенні симптоми від ознак пошкодження або інших наслідків, що спричинені впливом забрудненого повітря.
Фактори, дія яких на рослину подібна до дії забруднюючих повітря речовин (фактори, які заважають дослідженням):
1.Біологічні (бактерії, гриби, комахи, кліщі, нематоди, віруси, генетичні аберації).
2.Фізичні (світло, механічні пошкодження, поживні речовини, рН, температура, вода, вітер, пестициди, солі).
Вплив полютантів на організм рослини, як правило, неспецифічний, але, в деяких випадках, у рослин можна спостерігати і специфічні реакції.
До неспецифічних реакцій рослин на забруднення атмосферного повітря можна віднести наступні:
-зниження загальної життєздатності рослин;
-зниження резистентності до хвороб і консументів;
-перерозподіл асимілятів на репарацію пошкоджень;
-зміна інтенсивності фотосинтезу та дихання;
-зміна ритму транспірації;
-мутагенна дія.
Ми розглянули сумарний ефект неспецифічної дії полютантів на рослинний організм, але в кожному конкретному випадку необхідно, також, враховувати і специфічні особливості полютантів.
Під час вивчення ефектів впливу атмосферних забруднень на рослини слід охарактеризувати їх за наростанням інтенсивності концентрацій. Виділяють такі концентрації:
1.фонова концентрація – нормальний (допустимий за ГДК) вміст речовин;
2.мала концентрація – незначно перевищує фонові значення, викликає невеликі зміни основного метаболізму, які можна назвати адаптивними (рослина завжди має здатність до певних перебудов і широко їх використовує під час адаптацій до незначних коливань стану довкілля);
3.середня концентрація – та, що в 10-100 разів перевищує фонову, її токсичний вплив стає помітним і призводить до кумулятивного ефекту, що відбивається у зниженні продуктивності;
4.висока концентрація –та, що призводить до пригнічення рослини і неможливості відтворення потомства виду, випаданню цього виду із екосистеми, при цьому коефіцієнт розмноження особини стає меншим одиниці, що робить неможливим відтворення виду навіть за умови усунення екосистем них факторів типу конкуренції, впливу хвороб тощо;
5.летальна концентрація – та, що призводить до чітко виражених гострих уражень, насамперед, пожовтіння листків, часткового або повного опадання листків, загибелі рослини.
Слід зауважити, що ефект впливу полютантів на фітоценози не є простою сумою ефектів впливів на види, що їх складають. Якщо вплив незначно відрізняється від фонових значень, це зумовлює фізіологічні, морфологічні та інші перебудови в середині виду. Якщо ж вплив значно відрізняється від фонового, то сукцесія призводить до нового клімаксового стану, що характеризується іншим видовим складом, де види будуть максимально пристосовані до нового середовища. Відомо, наприклад, що навіть при незначному перевищенні фонової концентрації забруднень(в 1-10 разів) в атмосфері, починається процес випадання із екосистем лишайників та чутливих видів грибів. Так, за останні 20 років в Західній Європі і Америці кількість видів мохів і лишайників скоротилася на 25-30%.
Стійкі до забруднення види рослин сприяють очищенню атмосферного повітря. Це залежить від поглинальної здатності окремих видів та їх морфо-функціональних пристосувань. Наприклад, високу здатність поглинати гази має караган, а низьку – липа, клен. З’ясовано, що низька поглинальна здатність рослин пов’язана із значним опушенням їх листків, яке перешкоджає вільному надходженню газів до тканин листка. Однак, опушення листків, заважаючи газообміну між рослиною і повітрям, сприяє видаленню із атмосфери пилу. Тому для озеленення промислових зон необхідно враховувати ці відмінності і відбирати рослини як з опушенними так і гладенькими листками відповідно до реальних потреб певних територій.
Під час вивчення газопоглинальної здатності рослин, необхідно розрізняти поняття інтенсивності і ємності газопоглинання.
Інтенсивність поглинання – це кількість газу, що поглинається рослиною, або певною площею листка за одиницю часу, а ємність поглинання – це кількість газу, яку рослина поглинає за весь період вегетації.
В листках рослини відбувається асиміляція поглинутих речовин і відтік асимілятів в інші органи.
Детоксикація шкідливих речовин у рослині відбувається різними способами:
1.цитоплазма рослинних клітин зв’язує деякі шкідливі речовини, роблячи їх неактивними;
2.токсиканти перетворюються в рослинах на нетоксичні продукти, які включаються до загального метаболізму рослинних клітин;
3.корені рослин виділяють деякі шкідливі речовини, поглинуті надземною частиною рослин, наприклад сірковмісні сполуки.
Різні фітоценози відіграють неоднакову роль в очищенні атмосфери від шкідливих домішок. Так, наприклад на 1 га лісу газообмін в 3-10 разів вищий, ніж на полі. Деревні насадження збільшують турбулентність повітря, сприяють переміщенню повітряних течій, внаслідок чого забруднюючі речовини швидше розсіюються.
Різні види дерев також мають неоднакову здатність поглинати гази. За даними Ю.З.Кулагіна 10 кг листя різних видів дерев поглинає SO2, відповідно тополя – 180 л, ясен –140 л, в’яз –120 л, липа –100 л, клен – лише 20 л. Відмінності в газопоглинальній здатності рослин слід враховувати при створенні санітарно-захисних зон. Є деякі види рослин, які відрізняються не тільки високою здатністю до поглинання газів, а й одночасно є стійкими до цих газів. Саме такі рослини слід використовувати для створення лісозахисних смуг.
З’ясовано, що швидкість поглинання газів рослиною залежить від багатьох факторів:
-вологості повітря (чим вища вологість, тим швидше відбувається поглинання газів;
-опушенння листків (краще поглинають гази гладенькі листки без опушення і кутикули);
- ступеня оводненості листків (краще поглинають гази листки в стані повного тургору);
-інтенсивності освітлення (на світлі поглинання газів прискорюється);
-температури (підвищення температури прискорює поглинання газів).
