Использование коры некоторых пород деревьев в качестве биоиндикатора атмосферного загрязнения

Одна из основных проблем, с которой столкнулась современная человеческая цивилизация, — это загрязнение воздуха. Только 10 % населения планеты Земля дышит чистым воздухом, остальные 90 % вынуждены вдыхать воздух, в котором содержание вредных веществ превышает предельно допустимые нормы. В очередном докладе ООН отмечается, что проблема загрязнения воздуха имеет долгосрочные последствия, и если не принять срочных мер, то негативное влияние будет и дальше на здоровье человека, состоянии экосистем, глобальном изменении климата. Захлестнувшая мир пандемия коронавируса отодвинула эту проблему на второй план, но не уменьшила её актуальности.

На территории города Златоуста имеются серьезные источники загрязнения атмосферного воздуха, а именно: Златоустовский машиностроительный завод, Златоустовский металлургический завод, бетонный завод ZZBO и различные виды транспорта.

Я изучила содержание сульфатов, нитратов и хлоридов в коре деревьев разных пород с целью определения степени загрязнения атмосферного воздуха на территории города Златоуста. Полученные данные позволяют утверждать: саженцы исследуемых деревьев можно рассматривать в качестве эффективных фильтров атмосферного воздуха.

Известно, что деревья поглощают вредные вещества из окружающей среды. Их используют не только как эффективные воздушные фильтры, но и как биоиндикаторы. В городах чаще всего высаживают такие деревья, как сосна обыкновенная, ель обыкновенная, тополь чёрный, берёза плосколистная [7].

В качестве биоиндикаторов загрязнения окружающей среды используют кору деревьев, поскольку вследствие анатомического строения и значительной пористости кора имеет поверхность контакта с воздухом и дольше сохраняет загрязнения, чем поверхность листьев, откуда загрязнения легко смываются дождем [2]. Древесная кора представляет собой комплекс высокоспециализированных клеток и тканей, которые располагаются с внешней стороны от камбия и выполняют защитную и проводящую функции [1]. Проводящие элементы коры осуществляют доставку питательных веществ, образующихся в листьях. Древесная кора служит защитой дереву от повреждений, наносимых животными, насекомых, разрушающих деревья и организмов, способствующих гниению. Также от толщины коры зависит выживаемость дерева при лесных пожарах [6].

В древесной коре можно выделить следующие растительные ткани: корка (ритидом), перидерма (пробка (или феллема), феллоген, феллодерма), первичная кора, перицикл, вторичная кора (вторичная флоэма) [5]. Под воздействием общего геохимического фона свойства коры одной и той же породы дерева могут значительно отличаться. По мнению Р. Шуберта, рН коры дерева служит хорошим методом аккумулятивной биоиндикации. В своих исследованиях он показал прямую зависимость кислотности коры от интенсивности кислотных выбросов в атмосферу. По его мнению, аналогичную картину можно наблюдать и при щелочном загрязнении, причиной которого являются известковая пыль и зола. В коре деревьев также содержатся и дубильные вещества, которые представляют собой сложные смеси растительных высокомолекулярных полимеров, фенольные соединения, алканы. Кора, в отличие от древесины, имеет повышенное содержание азот-соединений, основная часть которых входит в состав структурных белков [3]. Соединения серы накапливаются в виде сульфатов.

По многочисленным данным научных и учебных изданий, самыми загрязняющими атмосферу вещества являются: оксид серы (IV), оксиды азота (II, IV), хлор [9]. Именно поэтому я решила определить pH водных вытяжек коры деревьев как показателя качества среды, концентрацию сульфатов, нитратов и хлоридов в водных вытяжках коры берёзы плосколистной (Bétulaplatyphýlla), липы сердцевидной (TiliacordataMill), ивы шаровидной (SalixfragilisBullata), сосны обыкновенной (Pinussylvestris), ели обыкновенной (Píceaábies), которые произрастают на территории г. Златоуста.

Отбор проб коры деревьев производился на расстоянии двух метров от дороги в районе машиностроительного завода, металлургического завода, Чёрной скалы (национальный парк «Таганай»). Фрагменты коры деревьев состругивались толщиной 3 мм на высоте 150 см.

Определение pH водных вытяжек коры деревьев осуществлялось с помощью датчика рН. Концентрацию сульфат — ионов, хлорид-ионов определяли в водных вытяжках коры деревьев титриметрическим методом (см. рис. 1).

Рис. 1. Определение сульфат-ионов

Концентрацию нитрат-ионов определяли визуально — колориметрическим методом (см. рис. 2).

Рис. 2. Определение нитрат-ионов

Результаты исследования pH образцов коры деревьев, взятых в трех разных районах г. Златоуста представлены в таблице 1.

Таблица 1

Результаты исследования pH коры деревьев

Сравнивая показатели, представленные в таблице, можно сделать вывод:

1. Слабокислая среда наблюдается во всех растворах вытяжек коры деревьев, но наиболее низкий водородный показатель в водных вытяжках коры сосны обыкновенной, ели обыкновенной, липы сердцевидной и ивы шаровидной. Данное явление свидетельствует о наличии в коре этих деревьев вредных веществ, загрязняющих атмосферу. Также важно заметить, что водородный показатель сосны обыкновенной и ели обыкновенной может быть низким не только за счёт содержания кислот в воздухе, но и за счёт того, что данные деревья произрастают преимущественно на кислых почвах.
2. В районе металлургического завода наблюдается самая высокая концентрация сульфат-ионов. Возможно, это связано с тем, что поступающий в окружающую среду сернистый газ в нижних слоях атмосферы взаимодействует с водой, где образуется сернистая кислота, а затем и серная кислота, которая в виде конденсата оседает на близлежащих деревьях.
3. В исследуемых образцах коры деревьев, взятых в трёх разных районах города, нитраты не обнаружены. Следовательно, можно предположить, что нитрат-ионы не накапливаются в клетках коры, так как, возможно, полностью вовлечены в процесс биосинтеза растительного белка.
4. Наибольшая концентрация хлорид-ионов наблюдается в районе Чёрной скалы (Национальный парк «Таганай»). Данное явление можно объяснить тем, что в городе Златоусте преимущественно западные и северо-западные ветра, которые уносят основную часть химических выбросов в сторону востока, где расположена Чёрная скала. Горный рельеф данной местности задерживает облака, насыщенные хлором, хлороводородом, которые, взаимодействуя с водой, конденсируются в соляную кислоту. Кислота оседает и поступает в кору деревьев. Другая причина — это недавно прошедшая масштабная реконструкция дороги «Златоуст — Магнитка». Наблюдался достаточно плотный поток грузовых автомобилей. Транспорт, двигаясь по данной дороге, загрязняет кору окружающих деревьев пылью и выхлопными газами, которые содержат хлор.

По результатам проведенного исследования, можно с уверенностью утверждать, что кора деревьев может являться биоиндикатором чистоты воздуха окружающей среды. Наиболее выраженные биоиндикационные свойства проявляются у ивы шаровидной, липы сердцевидной и ели обыкновенной. Соответственно, данные породы деревьев можно рекомендовать для озеленения городской территории с целью очищения атмосферного воздуха.

1. Белов Л. П., Дейнеко И. В., Дейнеко И. П. Исследование химического состава коры сосны // Химия растительного сырья, — 2007, — № 1, — стр. 19–24

2. Иржигитова Д. М., Корчиков Е. С. Некоторые химические особенности коры деревьев как субстрата для развития лишайников // Вестник СамГУ — Естественнонаучная серия, — 2011, — № 5, — стр. 144–150

3. Койка С. А., Скориков В. Т. Нитраты и нитриты в продукции растениеводства // Вестник РУДН, серия Агрономия и животноводство, — 2008, — № 3, — стр. 58–62

4. Лотова Л. И. Анатомия коры хвойных // Издательство «Наука», — 1987, — стр. 152

5. Пастори З., Горбачева Г. А., Санаев В. Г., Мохачине И. Р., Борчок З. Состояние иперспективы использования древесной коры // Лесной вестник, — 2020, — № 5, — стр. 74–88

6. Погребняк П. С. Общее лесоводство // Колос, — 1968, — стр. 440

7. Загрязнение атмосферного воздуха: причины и последствия [Электронный ресурс]. — Режим доступа: https://vyvoz.org/blog/zagryaznenie-atmosfernogo-vozduha/