Элементы, из которых состоят растения, можно условно разделить на две группы. В одну входят структурные элементы, из которых построены молекулы основных органических соединений (белков, жиров, углеводов), в другую — функциональные. Последние активно участвуют в синтезе структурных соединений, но, как правило, не входят в них: Функциональные элементы, обладают высокой биологической активностью, часто являются кофакторами различных ферментов, влияют на проницаемость биомембран, способствуют лучшему перераспределению метаболитов внутри растения.
По количественному признаку минеральные элементы принято делить на макроэлементы (их содержание в золе растений измеряется целыми процентами, а иногда и десятками процентов), микроэлементы (так они названы из-за малого содержания, составляющего сотые и тысячные доли процента от массы золы), ультрамикроэлементы (содержатся в количествах, измеряемых десятитысячными и даже миллионными долями процента).
Как правило, макроэлементы входят в состав структурных образований. Все структурные элементы относятся к категории легких, имеющих относительную атомную массу менее 40.
Микроэлементы в основном являются функциональными элементами, так как входят в состав ферментов, витаминов и других биологически активных веществ. Они катализируют процессы синтеза органических соединений и, как все катализаторы, удовлетворяют потребности организма, поступая в него в малых количествах. Недостаток того или иного необходимого для растения микроэлемента в почве вызывает серьезные нарушения обмена веществ и приводит к заметному снижению урожая и качества продукции. Растения от недостатка функциональных элементов часто страдают различными болезнями.
Ультрамикроэлементы - это металлы, обладающие высокой токсичностью, а иногда и радиоактивностью. Несмотря на очень малое содержание их в организме, они могут существенно влиять на обмен веществ и ростовые процессы. Их действие может проявляться стимуляцией роста и синтеза отдельных органических соединений: углеводов, белков, жиров, пигментов и т.д.
Накопление многих из ультроэлементов в растении представляет определенную опасность для здоровья людей и животных, отрицательно сказывается на гигиеническом качестве продукции, приводит к снижению урожайности.
Тяжелые металлы являются протоплазматическими ядами, токсичность которых возрастает по мере увеличения относительной атомной массы. Очень фототоксичными элементами считаются те, которые оказывают вредное действие на тест-организмы при концентрациях в растворе до 1 мг/л. К таким элементам относятся Ag+, Ве2+, Hg2+, Sn2+ и, вероятно, Со2+, Ni2+, Pb2+ и СгО42-. Умереннотоксичными принято считать те элементы, которые оказывают ингибирующее действие при концентрациях от 1 до 100 мг/л. Эта группа включает арсенаты, бораты, броматы, хлораты, перманганаты, молибдаты, антимонаты, селенаты, а также ионы As, Se, Al, Ba, Cd, Cr, Fe, Mn, Zn и др. Слаботоксичные — те, которые редко показывают отрицательный эффект при уровнях более 1800 мг/л: Сl-, Вr-, I-, Са2+Mg2+, K+, Na+, Rb+Sr2+, Li+, NO3-, SO42- и др.
Токсичность тяжелых металлов может проявляться по-разному. Ртуть, свинец, медь, бериллий, кадмий и серебро ингибируют главным образом щелочную фосфатазу, каталазу, оксидазу и рибонуклеазу.
Тяжелые металлы, подобные алюминию, барию и железу, способны образовывать преципитаты с РО42-, SO42- и другими анионами, а также хелатоподобные комплексы с обычными метаболитами и мешать дальнейшему их участию в обмене веществ, могут усиливать деградацию важнейших метаболитов, таких, как АТФ.
Фитотоксичность металлов и устойчивость к ним растений зависят от многих условий. Устойчивость растения к одному металлу, как правило, не распространяется на другие. Можно предположить, что данное свойство организма находится под генетическим контролем и может быть использовано при выведении новых сортов растений способных давать урожаи незагрязненной продукции на почвах, аккумулировавших тяжелые металлы.
На фитотоксичность металлов влияют почвенные факторы, такие, как рН, катионная обменная способность почвы, содержание органического вещества. Сохранение рН в пределах 7,0 в почвах с существенным содержанием тяжелых металлов предотвращает фитотоксичность многих из них, но те же концентрации металлов при рН 5,5 и ниже могут стать летальными для растений. Кислотность почв влияет на подвижность металлов и усвоение их корневыми системами растений.
Изменение таких условий выращивания растений, как освещенность, температура и увлажнение, влияет на передвижение и трансформацию тяжелых металлов в почвенной среде и растениях, а также на взаимодействие между растением и металлами.
Индивидуальность химического состава каждого вида растений связана с особенностями химического состава среды, в которой формировался данный вид. Те элементы, которые преимущественно были представлены в почве ареала возникновения вида и в тех сочетаниях и концентрациях, в которых они поступали в организм, закреплялись в результате эволюционного отбора и передавались по наследству. Поэтому многие склонны считать, что химический состав растений хранит признаки химического состава среды своего происхождения.
Отравление растений тяжелыми металлами может происходить не только за счет их поступления в организм через корни из загрязненных почв. Выпадение металлов из атмосферы на поверхность листьев также может сопровождаться отрицательной реакцией организма — угнетением фотосинтеза, усилением дыхания, торможением оттока метаболитов и т. д.
Взаимное влияние элементов может усиливать или уменьшать фитотоксичность тяжелых металлов. Элементы, способствующие поступлению в растения тяжелых металлов, будут увеличивать их фитотоксичность и наоборот.
4.4.2 Оценка состояния зеленых насаждений
Оценка состояния зеленых насаждений производится с помощью шкалы санитарно-гигиенического состояния деревьев (по Маслову), в которой выделяют: 6 классов состояния:
1 класс – здоровые растения,
2 класс – ослабленные деревья (усыхание до трех главных веток),
3 класс – суховершинные деревья (усыхание 1/3 кроны),
4 класс – сухокронные деревья (усыхание 1/3 – 2/3 кроны, появляются возбудители гнилей),
5 класс – усыхающие деревья (усыхание больше 2/3 кроны, признаки заражения стволов вредителями),
6 класс – сухостой.
Для оценки состояния зеленого массива производились:
- Выделение наиболее характерных видов;
- Подсчет в пределах каждого вида количеств деревьев, принадлежащих к каждому классу состояния;
- Расчет среднего класса состояния для каждого вида.
Расчет среднего класса состояния для каждого вида производится по формуле:
I=(K1n1+K2n2+ +Kini)/N, где
I – средний класс состояния древостоя; Ki - категория состояния; ni - количество деревьев каждого класса состояния; N - общее число деревьев данной категории состояния.
Общий класс состояния по участку рассчитывается по формуле:
Iср=∑I/Ni,
Где Ni – количество видов на участке
Для оценки состояния деревьев было выбрано 3 участка зеленых насаждений, в каждом по 10 – 18 деревьев, два участка выбраны на территории промышленной площадки и один участок в пределах санитарно-защитной зоны предприятия.
Распределение количества деревьев каждого вида по классам состояния, а также средний класс для каждого вида и общий по выборке приведены в таблице 4.11.
Таблица 4.11 Оценка санитарного состояния деревьев в выборке.
| Виды деревьев | Кол-во | Количество деревьев в каждом классе | Средний балл | Средняякатегория | Санитарносостояние древостоя | ЗонаПоврежде-ния | |||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | ||||||
| Тополь черный | 6 | 3 | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 | 2 | 2 | Ослабленный | 3 |
| Каштан конский | 8 | 5 | 2 | 1 | 0 | 0 | 0 | 1,5 | 1 | Здоровый | 4 |
| Липа серцелистная | 9 | 3 | 4 | 1 | 0 | 1 | 0 | 2,1 | 2 | Ослабленный | 3 |
| Ель колючая | 14 | 3 | 7 | 2 | 1 | 1 | 0 | 2,3 | 2 | Ослабленный | 3 |
| Абрикос обыкновен | 8 | 0 | 2 | 1 | 3 | 2 | 0 | 3,6 | 4 | Усыхающий | 1 |
| Береза бород-я | 6 | 1 | 3 | 1 | 1 | 0 | 0 | 2,3 | 2 | Ослабленный | 3 |
Средний балл по выборке – 2,3
По результатам расчета можно сделать вывод, что санитарное состояние деревьев - ослабленное.
Анализируя деятельность, которая осуществляется на предприятии КАТП-2022, можно сделать вывод, что на рассматриваемом участке основными тяжелыми металлами привносимыми предприятием являются свинец, железо, марганец и хром.
В результате исследования были определены виды наиболее подверженные воздействию предприятия, такие как абрикос обыкновенный, принадлежащие к 4 категории – усыхающие. Этот вид является неустойчивым к загрязнениям от предприятия. В связи с этим необходимо заменить деревья этого вида деревьями, обладающими хорошей устойчивостью к газопылевым выбросам, имеющими наибольший показатель поглощения пыли за 1 вегетационный период. В качестве таковых можно предложить следующие: клен ясенелистный, тополь канадский, ясень обыкновенный, тополь пирамидальный. Санирующий эффект в осаждении пыли для деревьев в вегетационный период составляет 15-30 кг. Кроме того при нормальных метеоусловиях они снижают газо- и парообразные примеси на 25-35%, путем рассеивания и отклонения воздушного потока, а так же в результате поглощения.