Глава II ЛЕС И ЗАГРЯЗНЕНИЕ АТМОСФЕРЫ

В наши дни влияние человека на лес исключительно велико. Одна из форм этого воздействия, характерная для современной эпохи, - загрязнение атмосферы вредными для растений веществами, прежде всего газообразными. В атмосферу, причем в очень большом количестве, попадают всевозможные выбросы промышленных Предприятий, тепловых электростанций, многочисленных котельных, работающих на каменном угле и нефти, и т. д. Помимо газообразных веществ в воздух выбрасываются некоторые вредные пылевидные соединения, например магнезитовая пыль. Все эти ядовитые примеси в той или иной степени влияют на лес, вызывая глубокие изменения в лесных растительных сообществах.

Страдают прежде всего деревья - важнейшие компоненты леса. Загрязнение атмосферы нередко приводит к их гибели.

Однако разные древесные породы неодинаково чувствительны к этому воздействию. Одни из них более стойки, другие, напротив, очень уязвимы. Каждая древесная порода чувствительна по-своему. Это отчасти зависит от того, как долго сохраняются на дереве листья или хвоинки, какова продолжительность их жизни. Например, наши лиственные деревья с опадающей ежегодно листвой лучше противостоят вредному действию промышленного дыма, чем вечнозеленые хвойные, у которых хвоинки живут несколько лет. Лиственница, которая каждый год сбрасывает хвою, отличается почти такой же стойкостью, как лиственные древесные породы. А среди последних тоже нет однообразия по чувствительности, хотя продолжительность жизни листьев одинакова. Особенно стойки к атмосферным загрязнениям различные виды тополя.

Какие же вещества наиболее опасны для растений? Какие вредят сильнее всего? Перечень этих веществ довольно велик, и перечислить их все нет возможности. Вот только главнейшие: сернистый газ (двуокись серы), фтор, хлор, аммиак, фенол, окислы азота, сероводород, уксусная кислота, пары ртути, хлористый водород, окись углерода. Но все же врагом номер один надо считать для леса сернистый газ (двуокись серы). Это веществ в особенно больших количествах попадает в атмосферу и при этом очень ядовито для растений. Так что когда говорят о вреде промышленного дыма для леса, то речь идет чаще всего именно о сернистом газе.

С загрязнением атмосферы у нас ведется борьба. На заводах устанавливаются специальные уловители вредных выбросов. Однако даже весьма совершенные установки такого рода не обезвреживают полностью промышленный дым (трудно, например, целиком уловить сернистый газ).

Полная очистка дыма от вредных примесей принципиально возможна, но очень дорога. Таким образом, даже очищенный существующими уловителями дым не вполне свободен от вредных веществ. При длительном воздействии на растительность он все же вызывает более или менее сильные повреждения. Сказанное относится прежде всего к наиболее опасному загрязнителю атмосферы - сернистому газу.

Действие на лес различных ядовитых веществ, содержащихся в воздухе, специфично. Каждое из них приводит к тем или иным нарушениям жизнедеятельности лесных растений, прежде всего деревьев. Но эти нарушения в разных случаях неодинаковы.

Лес и сернистый газ. Сернистый газ (SO2) попадает в атмосферу при сгорании веществ, содержащих серу. Он образуется, в частности, при выплавке меди (когда сырьем служит медный колчедан), при сжигании каменного угля, нефти, имеющих примесь серы (в нефти, например, эта примесь может достигать 4% и более). Огромное количество сернистого газа выбрасывается в атмосферу из труб заводов, тепловых электростанций и ряда других предприятий. Подсчитано, что в воздушную оболочку нашей планеты ежегодно попадает более 130 млн. т этого вредного вещества. Практически весь сернистый газ выделяется в результате производственной деятельности человека. Это вещество почти исключительно антропогенного происхождения, так сказать спутник цивилизации. В природе, не затронутой человеком, нет таких процессов, которые приводили бы к выделению больших количеств сернистого газа. Немного его попадает в атмосферу только при извержениях вулканов. А извержения, как известно, бывают достаточно редко.

Сернистый газ - вещество необычайно ядовитое для растений. Его вредное действие проявляется при ничтожно малом содержании в воздухе - 1:1 000 000 и даже менее. Именно при такой концентрации уже отмечаются значительные повреждения растений.

Особенно губителен сернистый газ для наших вечнозеленых хвойных деревьев, прежде всего сосны. Огромные массивы сосновых лесов в зоне интенсивного действия промышленного дыма страдают от отравления этим веществом. Признаки поражения деревьев хорошо заметны. Такие деревья резко отличаются по внешнему виду от здоровых. Кроны их сильно изрежены, хвои мало, часть крупных сучьев засохла. Иногда засыхает и вершина. Поражение сернистым газом сказывается также на длине хвоинок: они становятся значительно короче. Отравленные деревья в конце концов полностью засыхают, погибают.

Лиственные деревья гораздо более устойчивы к сернистому газу. Они не погибают так быстро, как сосна, но все же более или менее сильно страдают. Листья их покрываются пятнами газовых ожогов. Пораженные участки листа со временем отмирают, вываливаются, и листовая пластинка оказывается продырявленной. Тем не менее лист не погибает, если только площадь «дыр» не слишком велика (не более 10-20%) - Сохранение живыми листьев, продырявленных газовыми ожогами, можно наблюдать, например, у черемухи, липы, дуба.

Молодые побеги сосны в период роста

Интересно, что обычно поражаются главным образом края листовой пластинки, а средняя часть остается незатронутой. Листовая мякоть между жилками повреждается сильнее, чем сами жилки.

Сернистый газ - местный яд. Он вызывает отмирание только тех участков листа, которые подверглись его непосредственному воздействию. Соседние участки совершенно не страдают, никакой «передачи» отравления по листу не происходит. Поражение листовых пластинок сернистым газом носит сугубо местный, пятнистый характер. Его можно уподобить повреждениям, которые наносят листогрызущие насекомые, например гусеницы.

Чем обусловлено ядовитое действие сернистого газа, почему он отравляет растения? Суть дела заключается в следующем.

Проникая внутрь листа, сернистый газ поражает живые клетки, которые осуществляют важнейший для зеленых растений процесс фотосинтеза. Поражение клеток приводит к тому, что фотосинтез резко нарушается, так как связывается каталитически активное железо. Хлорофилл на свету уже не вырабатывает органических веществ, а, напротив, начинает действовать как окислитель, разрушая некоторые жизненно важные для растения соединения (белки, фосфатиды, аминокислоты и др.). В результате этого клетки отмирают. Чем сильнее интенсивность освещения, тем больше ядовитое действие сернистого газа. С уменьшением освещенности вредное действие снижается. Ночью, в темноте, оно минимально. Большое значение имеет и другое обстоятельство. Сернистый газ, проникая в клетки, растворяется там и образует сернистую кислоту. В результате этого сильно подкисляется содержимое клеток, что оказывает крайне неблагоприятное воздействие. Под влиянием подкисле-ния уменьшается стабильность клеточных биоколлоидов и даже происходит их коагуляция. Клетки сильно повреждаются и затем отмирают.

Вредное воздействие сернистого газа обусловлено еще и тем, что в клетках листа постепенно накапливается сера, в результате чего наступает сульфатное отравление. В конце концов в листьях разрушается хлорофилл, они желтеют и отмирают. Таковы в общих чертах причины ядовитости сернистого газа.

Необходимо немного сказать о путях проникновения сернистого газа в растения, а также о том, какие особенности строения растений уменьшают вредное действие этого газа. Речь будет идти только о листьях, так как они наиболее уязвимы.

Сернистый газ проникает в листья через устьица. Эти микроскопические клапаны, способные то открываться, то закрываться, расположены в кожице листа. При открытых устьицах сернистый газ легко проходит внутрь листовой мякоти, двигаясь по межклетникам и отравляя живые клетки, лежащие на его пути. Когда устьица закрыты, газ тоже может проникать в лист, но с большим трудом и в очень малых количествах. Он частично просачивается через слой кутикулы - особой защитной пленки, одевающей лист со всех сторон. Кутикула почти непроницаема для газов, но все же не является абсолютным препятствием. Она в слабой степени пропускает и сернистый газ.

Ясно, что, чем толще кутикула, тем лучше защищено растение от вредного действия сернистого газа.

Кутикула почти непроницаема не только для газов, но и для воды. Это защита для внутренних тканей листа от обезвоживания, высыхания. Естественно, что лучше всего развита кутикула у растений засушливых районов, особенно у обитателей пустынь. Им особенно нужна надежная защита от высыхания. Установлено, что растения с толстой кутикулой, хорошо переносящие засуху, оказываются наиболее стойкими и к воздействию сернистого газа. Именно так обстоит дело у многих растений пустыни, например кактусов. Иными словами, более засухоустойчивые растения менее чувствительны к сернистому газу.

Эту зависимость можно проследить и на наших древесных породах.

Два вида наших берез - повислая и пушистая - заметно различаются по своей газоустойчивости. Листья первого вида более грубые, с более толстой кутикулой, они лучше противостоят как высыханию, так и вредному воздействию сернистого газа. Листья другого вида березы, напротив, более мягкие, нежные, они быстрее теряют воду и легче поражаются сернистым газом. Словом, свойство засухоустойчивости идет параллельно с газоустойчивостью. Защитные приспособления от засухи служат одновременно и защитой от вредных газов.

После всего изложенного нетрудно понять особенности воздействия сернистого газа на различные растения. Почему, например, наши вечнозеленые хвойные деревья (сосна, ель, пихта) страдают сильнее, а лиственные слабее? Причина здесь прежде всего в разной продолжительности жизни хвоинок и листьев. А она сильно различается у тех и других. Хвоинки живут несколько лет (у ели - до 7-8, у пихты еще дольше), а листья - всего несколько месяцев. Отравленные листья сбрасываются довольно скоро, уже в первую осень. На смену им следующей весной вырастают новые, совершенно здоровые. У хвоинок же отравление накапливается в течение нескольких лет, поэтому год от года они «работают» все хуже. Кроме того, пораженные хвоинки отмирают и опадают раньше положенного срока, они живут много меньше здоровых. В результате дерево не получает нормального питания от своей кроны, истощается, слабеет и затем погибает. Особенно наглядно видно это у сосны. Здоровые хвоинки живут 3-4 года, а отравленные сернистым газом - только 1-2. Следовательно, общая масса живой хвои сильно уменьшается, а питание дерева от кроны соответственно ухудшается. При такой ситуации сосна долго не проживет, она обречена на скорую гибель.

Распускание почек ели весной

Теперь обратимся вновь к лиственным деревьям. При отравлении сернистым газом у них тоже происходит преждевременное опадение листьев. Но здесь это часто не имеет катастрофических последствий. Преждевременный листопад далеко не всегда бывает губительным. Если он происходит в конце лета, дерево почти не страдает. К этому времени листья уже «выполнили план» летней работы, снабдили дерево необходимым количеством питательных веществ.

До сих пор мы говорили только о газоустойчивости хвоинок и листьев деревьев. О других надземных частях растений ничего не было сказано. Это не случайно. Именно листья и хвоинки наиболее чувствительны к вредным газам. Они хуже всего защищены от отравления. Поверхность их покрыта тонкой живой кожицей, которая представляет собой не очень надежную защиту. Собственно защитную роль выполняет только кутикула- тончайшая пленка особого жироподобного вещества, которая, как слой лака, покрывает снаружи клетки кожицы листа.

Ветви деревьев одеты более толстым слоем покровной ткани, лучше защищены от всяких неблагоприятных воздействий. На поверхности молодых ветвей, которые появились весной, уже к концу лета формируется особый пробковый слой. Правда, он сравнительно тонкий, почти как обычная бумага для письма, но все же много толще, чем кутикула. Основное назначение этого слоя - защита живых внутренних тканей ветви от высыхания. Такая защита особенно нужна зимой, когда ветви могут высохнуть на морозе, а пополнить потери воды дерево не в состоянии. Однако пробковый слой хорошо защищает ветви и от вредных газов. Важно отметить, что этот слой формируется не сразу, а только к концу лета. Весной молодые побеги, едва появившиеся из почек, еще очень нежные, они почти совсем не защищены, легко уязвимы. Необходимо сказать также и о периодичности воздействия сернистого газа на лес. Это воздействие обычно не бывает равномерным, т. е. непрерывным по времени и одинаковым по интенсивности. Ядовитый газ идет как бы волнами. Вред, который он причиняет лесу, в сильной степени зависит прежде всего от направления и скорости ветра. Особенно опасно, когда потоки воздуха идут от предприятия, выбрасывающего сернистый газ, прямо к лесному массиву, и при этом ветер слабый. Тогда деревья попадают в зону действия ядовитого газа наиболее высокой концентрации. Он может причинить особенно большой вред. Однако такая ситуация возникает только в определенные периоды и бывает не часто. Воздействие подобных газовых «атак» неодинаково опасно в зависимости от времени года, а следовательно, от того, в какой стадии сезонного развития находятся деревья (речь идет о лиственных древесных породах).

Если газовая атака приходится на конец лета, деревья совершенно не страдают. Правда, листья их будут поражены сернистым газом и опадут на 4-6 недель раньше здоровых. Однако ветви и почки к этому времени уже достаточно сформированы, хорошо защищены от газовых повреждений и иссушения. Они вполне готовы к последующей перезимовке.

Иное дело, когда газовая атака приходится на более ранний период - середину лета. В этом случае она оказывается губительной для дерева. Пораженные листья отмирают, а новых листьев не появляется. Безлистные молодые ветви, еще не «созревшие» и плохо защищенные от потери воды, быстро гибнут от иссушения в жаркую погоду. А с ними гибнет и все дерево.

Столь же катастрофические последствия вызывают газовые атаки в конце весны - начале лета. В это время нежные молодые побеги деревьев интенсивно растут и почти совсем не защищены от вредного действия газов. Они погибают целиком.

Поражение деревьев сернистым газом зависит в сильной степени не только от времени года. Важно и то, как расположены деревья на местности, на каких участках они растут - повышенных или пониженных. Дело в том, что газовые потоки обычно стелются по поверхности земли и скапливаются в понижениях рельефа. Это особенно заметно в гористой местности. Здесь сернистый газ «оседает» в плохо продуваемых и глубоких горных долинах, причем долго застаивается, оказывая губительное воздействие на деревья. На местности с дюнным рельефом газовые массы скапливаются в понижениях между дюнами.

«Прижимание» газовых потоков к земле особенно вредит растениям, имеющим небольшую высоту. В сильной степени страдают, например, некоторые низкорослые кустарники (ракитник русский, дрок красильный). Когда сернистый газ стелется по поверхности земли, в лесу погибает подрост (молодые низкие деревца). В то же время взрослые крупные деревья остаются живыми. Кроны их располагаются достаточно высоко над землей.

Вредное действие сернистого газа сильнее проявляется не только в понижениях местности, но и на лесных опушках. Деревья, стоящие на краю леса, больше повреждаются, чаще отмирают.

Надо заметить, что сернистый газ оказывает на деревья не только прямое действие, отравляя их хвою и листву, но и косвенно, через почву, резко ухудшая ее свойства. Это касается прежде всего верхнего почвенного слоя, в котором сосредоточена основная масса тонких, сосущих корней растений. Условия для развития корней становятся крайне неблагоприятными, и деревья сильно страдают.

Дело здесь в том, что сернистый газ, взаимодействуя с почвенной влагой, образует сернистую кислоту. Поэтому происходит резкое подкисление почвы, а это пагубно влияет на растения. Особенно сильно подкисляются самые верхние горизонты, где величина рН достигает величин, характерных для очень кислого торфа верхового болота. Одновременно резко возрастает и гидролитическая кислотность. Крайне неблагоприятно для растений также сильное обеднение почвы питательными веществами, которое является следствием подкисления. В верхних горизонтах существенно снижается содержание кальция и магния, обеспечивающих необходимый уровень почвенного питания.

Итак, под влиянием сернистого газа в почве происходят крайне нежелательные изменения. Они сводятся к сильному подкислению верхних почвенных горизонтов и обеднению их питательными веществами. Особенно ухудшаются свойства подзолистых и дерново-подзолистых почв, которые и в своем естественном исходном состоянии достаточно бедные и кислые.

Мы уже упоминали прежде, что сернистый газ поступает в атмосферу из различных источников. Особенно много его выбрасывают в воздух медеплавильные заводы. И это вполне понятно. Сырьем для выплавки меди служит медный колчедан, богатый серой. Руда подвергается плавке при высокой температуре (1300-1500°). При этом сера сгорает и образуется много сернистого газа, который выбрасывается в воздух. Для улавливания этого вредного газа созданы специальные очистные устройства. Однако сернистый газ улавливается с трудом. Даже самые совершенные установки не в состоянии полностью очистить заводской дым от этого вредного вещества.

Влияние медеплавильных заводов на окружающие леса довольно хорошо изучено.

На Южном Урале, в окрестностях медеплавильных заводов, выбросы в атмосферу сернистого газа привели к сильным нарушениям растительного покрова. Большие массивы ценных горных лесов из сосны и лиственницы сменились березняками, а часть площади оказалась совершенно безлесной.

В одном из районов Южного Урала были детально прослежены изменения растительности по мере удаления от медеплавильного завода, т. е. при постепенном ослаблении воздействия сернистого газа. Эти изменения наблюдали, двигаясь от завода на восток, по направлению господствующих ветров. В результате выявилось следующее.

На протяжении первых 1-2 км идет зона постоянного задымления. На этой территории газовые атаки бывают ежегодно в течение всего периода вегетации, примем до 10 и более таких атак относятся к числу сильных. Лесная растительность здесь полностью отсутствует. Вырубки остаются безлесными, деревья на них не восстанавливаются. Вследствие разрушения и смыва почвенного слоя эти территории, прежде занятые лесом, превращаются в голые каменистые склоны. На незначительных участках с сохранившейся почвой развиваются группировки вейника лесного, пырея ползучего и фрагменты горной степи.

Дальше на протяжении следующих 3 км идет зона периодического задымления. В этой зоне газовые атаки также бывают ежегодно, но только одна-две из них сильные, причем они приходятся на середину лета. Из лесных растительных сообществ здесь встречаются исключительно березняки, образованные березой повислой. Деревья березы обнаруживают явные признаки угнетения: в кронах заметны сухие ветви, иногда засыхает верхушка. Некоторые деревья отмирают. На крутых склонах, где полностью смыта почва, распространены березняки, совершенно лишенные живого напочвенного покрова. На пологих склонах развиваются березняки с господством вейника лесного на почве. В этих условиях отмечается достаточно интенсивное семенное возобновление березы.

Следующая далее зона эпизодического задымления имеет протяженность 2-3 км. Воздействие сернистого газа здесь еще меньше. Сильные газовые атаки бывают не ежегодно, а только один раз в 5-10 лет. Причем таких атак за год отмечается не более одной-двух, и приурочены они к середине лета. В данной зоне распространены как березняки, так и сосняки. Под пологом леса хорошо возобновляется береза, местами имеется подрост сосны.

Сернистый газ пагубно влияет в лесу не только на деревья и кустарники, но и на все остальные растения. Очень чувствительны к нему, например, лишайники. Там, где воздух практически свободен от сернистого газа, в лесу встречается много лишайников. Они почти сплошь покрывают стволы деревьев в их нижней части, развиваются на ветвях. Но там, где в воздухе появляется даже самая незначительная примесь ядовитого вещества, лишайники погибают. Так бывает в парках и на улицах крупных городов, например Москвы, Ленинграда. Здесь никогда нельзя обнаружить ни одного лишайника на стволах и ветвях деревьев. Они совершенно не переносят присутствия в воздухе сернистого газа даже в ничтожно малом количестве. Такую же картину можно, конечно, наблюдать и в природе, в лесу, если данное место находится не очень далеко от предприятия, выбрасывающего в воздух ядовитый газ. Иначе говоря, лишайники - хорошие индикаторы присутствия в атмосфере даже небольшой примеси двуокиси серы. При этом разные виды лишайников неодинаково чувствительны к загрязнению воздуха. Среди них можно найти относительно устойчивые и совершенно нестойкие. Но это, так сказать, противоположные полюсы. Между ними есть все переходы. Можно построить последовательный ряд, расположив разные виды лишайников в порядке убывания или, наоборот, возрастания их чувствительности к двуокиси серы. Зная набор видов лишайников, растущих в каком-либо месте, специалист-лихенолог может в общих чертах судить о степени загрязненности воздуха сернистым газом. Для этого, конечно, нужно знать и чувствительность каждого вида. Использование лишайников как индикаторов степени загрязненности воздуха не только теоретически возможно, но и осуществляется практически (так называемая лихеноиндикация).

Вот конкретный пример, показывающий, как меняется флора лишайников в зависимости от степени загрязненности воздуха сернистым газом.

В северо-восточной Словакии исследовали растительность окрестностей металлургических заводов, которые выбрасывают в атмосферу двуокись серы. Были изучены участки с различной загрязненностью воздуха. По содержанию в воздухе сернистого газа выделили три зоны - сильного, умеренного и незначительного загрязнения. В первой зоне, при наибольшем загрязнении, отмечены существенные повреждения высших растений, полностью отсутствовали все виды лишайников. Во второй зоне высшие растения были повреждены очень слабо или совсем не имели повреждений. На почве встречались некоторые лишайники (например, виды рода кладония). Однако, на стволах деревьев их совершенно не было. Наконец, в третьей зоне, при наименьшем загрязнении, лишайники встречались не только на почве, но и на стволах деревьев (виды рода ксантория, пармелия).

Из сказанного ясно, что лишайники, поселяющиеся на деревьях (эпифиты), более чувствительны к загрязнению воздуха сернистым газом, чем те, которые растут на почве.

Чутко реагируют на присутствие в воздухе двуокиси серы не только лишайники, но и зеленые лесные мхи. Среди этих маленьких обитателей леса тоже есть виды более устойчивые к сернистому газу и, напротив, очень чувствительные. Есть, конечно, и все переходы от тех к другим. Разные виды сильно различаются по своей чувствительности. Особенно нетерпимы к загрязнению воздуха, например, некоторые виды рода дикранум, которые встречаются на почве в лесу. Представители этого рода очень обычны в тех хвойных лесах, где под деревьями развивается сплошной моховой покров и воздух достаточно чист. Но если есть хотя бы слабое загрязнение сернистым газом, эти мхи исчезают. Они первыми отзываются на воздействие ядовитого вещества. Лес в целом мало меняется, многие растения остаются, а эти мхи уже выпадают из состава растительного сообщества.

Лес и магнезитовая пыль. Как мы уже знаем, промышленные предприятия выбрасывают в воздух много всевозможных веществ, вредных для растений. К числу таких выбросов относится и магнезитовая пыль. Она представляет собой сильно распыленную двуокись магния, к которой примешиваются окись кальция, кремнезем, сажа. Однако эти примеси составляют не более 20%. Основой же является двуокись магния.

В чем причина вредного воздействия магнезитовой пыли на растения? Прежде всего - в том, что она при взаимодействии с водой образует плотную цементирующуюся массу, которая покрывает поверхность листьев, хвоинок, ветвей. Вредно и другое - магнезитовая пыль сильно подщелачивает среду. А это очень опасно для растений. Когда на листьях накапливается много пыли и при этом выпадает дождь или роса, образуются капли щелочного раствора. Такой раствор оказывает обжигающее действие.

Магнезитовую пыль выбрасывают в атмосферу магнезитовые заводы. Пыль образуется в процессе обжига руды при температуре 600-1200°. Благодаря высоким заводским трубам, достигающим 60 м, эта пыль далеко разносится вокруг потоками воздуха.

Воздействие ее на растительный покров было обстоятельно изучено на Южном Урале. Последствия запыле-ния оказались очень серьезными: погибли некоторые горные сосняки, появились безлесные пространства. Те массивы соснового леса, которые еще сохранились в окрестностях магнезитовых заводов, находятся под угрозой гибели, постепенно отмирают.

Различные древесные породы по-разному реагируют на воздействие магнезитовой пыли. Одни из них более устойчивы к запыленшо, другие менее. Сильнее всего страдает от магнезитовой пыли сосна. И самое уязвимое место дерева - хвоя. Именно хвоинки, покрытые снаружи только тонким слоем кожицы, особенно чувствительны. Они слабее всего защищены от неблагоприятных внешних воздействий. При растворении магнезитовой пыли на поверхности хвоинок образуются капельки щелочного раствора. А эта ядовитая жидкость может частично проникать в глубже лежащие живые ткани, вызывая отравление клеток.

Надо отметить, что от воздействия магнезитовой пыли страдают только молодые хвоинки, возраст которых меньше года. У этих хвоинок защитная кожица особенно нежная, еще не вполне сформированная. Пораженные хвоинки хорошо заметны - они имеют болезненный светло-зеленый или желтовато-зеленый цвет. Кроме того, они короче здоровых. Эти хвоинки в первый год жизни не погибают. Отмирание их происходит только на втором году, в начале вегетационного периода. Сначала хвоинки краснеют или буреют, а затем опадают.

Но так бывает только при сильной запыленности атмосферы. Если запыленность не очень велика, часть хвоинок может не погибать и на второй год. Однако эти двухлетние хвоинки сильно отличаются по окраске от здоровых: они зеленые, живые только внизу, а на остальном протяжении бурые, мертвые.

Итак, магнезитовая пыль, поражая молодые хвоинки сосны, вызывает их массовое отмирание на втором году жизни. Поэтому в зоне сильного запыления в кронах сосен остается только молодая хвоя - не старше одного года. Здоровые же деревья имеют хвою сразу нескольких возрастов - как более молодую (первого года), так и более старую (вплоть до 4 лет). Следовательно, общая масса живой хвои у пораженных сосен в 3-4 раза меньше, чем у здоровых. Это, конечно, сказывается на приросте деревьев (например, заметно укорачиваются годичные побеги).

Вред, причиняемый хвое сосны магнезитовой пылью, в сильной степени зависит от того, в какой стадии формирования находятся хвоинки. Особенно чувствительны хвоинки весной, в самом начале развития, когда молодая кожица на их поверхности еще не вполне сформировалась и плохо выполняет свои защитные функции.

Словом, молодая растущая хвоя поражается сильнее всего. По мере «созревания» хвоинок они становятся менее уязвимыми. Во второй половине лета и осенью, когда процесс формирования закончен, им уже не опасно запыление. Следовательно, опасность повреждения хвои сосны магнезитовой пылью различна в разные периоды года. Особенно велика она в начале лета. Это решающий, критический период для деревьев.

Когда на хвоинках полностью сформировалась кожица, они становятся вполне устойчивыми к воздействию магнезитовой пыли. Старая хвоя сосны, возраст которой 2-4 года, совершенно не чувствительна к пыли.

Результаты воздействия на сосну магнезитовой пыли хорошо видны во внешнем облике деревьев. Пораженные экземпляры имеют более редкую крону, много сухих сучьев. И чем больше концентрация пыли, тем заметнее изменения внешнего облика деревьев. Рано или поздно они отмирают. При сильном запылении атмосферы (выпадает более 0,1 кг пыли на 1 м2 в год) гибель наступает через 5-7 лет, при среднем (0,02-0,08 кг) - через 15-20 лет.

Однако скорость отмирания сосны зависит не только от интенсивности запыления атмосферы. Имеют значение и условия среды, в которых развивается лес. Так, на более сухой почве отмирание сосен в лесу происходит быстрее, чем на почве достаточно увлажненной.

Мы подробно рассмотрели вредное влияние магнезитовой пыли на сосну. А как же реагируют на это воздействие другие деревья?

Лиственница, например, сравнительно устойчива. У этого дерева, как известно, хвоя ежегодно опадает осенью, продолжительность ее жизни - только несколько месяцев. Отравленные пылью хвоинки быстро сбрасываются, они не остаются на несколько лет. Каждую весну вырастают новые, молодые хвоинки, которые нормально «работают» в течение лета. Если в период их роста и формирования выпадает магнезитовая пыль, это оказывает некоторое угнетающее действие, но существенного вреда не приносит.

Довольно стойки к магнезитовой пыли наши лиственные древесные породы, в том числе береза. Причина здесь та же, что и у лиственницы - малая продолжительность жизни листвы. Однако пыль вызывает заметные повреждения листового аппарата. На листовых пластинках появляются светло-зеленые и желтовато-зеленые пятна, которые обычно располагаются между боковыми жилками. Особенно часто это наблюдается у ольхи серой, ивы белой, ивы козьей, черемухи. У березы пушистой листья поражаются сильнее, чем у березы повислой. Причина этого различия заключается в том, что у первого дерева листья более нежные, мягкие, у них слабее развита кожица, тоньше слой кутикулы (так называемая мезоморфная структура листа). У второго вида березы листья более грубые, а покровная ткань на их поверхности лучше развита (ксероморфная структура). Такие листья лучше защищены от проникновения в них вредных щелочных растворов извне. Как видим, разная степень повреждаемости листьев двух близких видов березы связана с различиями в анатомическом строении листовых пластинок.

На этом можно закончить рассказ о вредном влиянии магнезитовой пыли на хвою и листву наших деревьев.

Однако действие пылевых выбросов на лес вовсе не ограничивается только одним этим. Оно довольно многообразно. Пыль влияет не только на деревья, но и на другие растения, входящие в состав леса. Очень существенно то, что она воздействует и на почву. Оседая на поверхности, магнезитовая пыль причиняет лесу большой вред, сильно ухудшает свойства почвенного слоя. Почему это происходит - легко себе представить, если вспомнить свойства самой магнезитовой пыли. Она, как мы уже упоминали, состоит в основном из окиси магния. А это вещество при взаимодействии с водой образует щелочь. Попадая на почву, магнезитовая пыль вызывает резкое подщелачивание верхнего почвенного слоя. Величина pН может подняться до 8,0-8,6. Таких высоких значений никогда не бывает в почвах наших лесов.

Столь сильная щелочность - фактор непривычный и крайне неблагоприятный для лесных растений. В этих условиях резко тормозится поступление в корни минеральных питательных веществ. Растения испытывают большие затруднения в почвенном питании, оказываются «на голодном пайке». Есть и другая серьезная опасность: в щелочной почве не могут развиваться микроскопические грибы, образующие микоризу на корнях растений. Между тем микориза жизненно необходима для многих обитателей леса, и прежде всего деревьев.

Специальными опытами было установлено, что сильно щелочная почва (рН - 8 и более) вызывает гибель сеянцев сосны, лиственницы и березы. При несколько меньшей щелочности (рН - 7,88) отмечается сильное угнетение роста тех же растений: весовые показатели сеянцев уменьшаются в 1,5-2 раза по сравнению с контролем.

Высокая щелочность почв в окрестностях магнезитовых заводов губительна для сеянцев лесообразующих деревьев. При повышенной концентрации магнезитовой пыли в атмосфере (в зонах сильного и среднего запыле-ния) на почве полностью отсутствует подрост не только сосны, но и более неприхотливых деревьев - березы и лиственницы. Молодые деревца не могут здесь развиваться из-за сильной щелочности почвы.

Если же большое количество магнезитовой пыли оседает на почву в течение многих лет подряд, поверхность почвы покрывается сплошной сцементированной коркой. Никакие растения развиваться здесь вообще не могут. Как реагируют на засоренность атмосферы магнезитовой пылью лесные растительные сообщества в целом? В сосновых лесах Южного Урала наблюдалось следующее.

В зоне сильного запыления в первые 5-7 лет полностью погибли сосновый древостой и травяпо-моховой покров.

В зоне среднего запыления отмирание соснового древостоя продолжается 15-20 лет. За этот период происходит сильное изменение живого напочвенного покрова. Отмирают почти все лесные виды растений, на смену им приходят некоторые злаки, чуждые хвойному лесу - пырей ползучий, мятлик однолетний. Эти злаки в конце концов становятся господствующими.

В зоне слабого запыления картина несколько иная. Под пологом усыхающих сосняков формируется травостой с участием вышеупомянутых злаков, причем сохраняются некоторые типично лесные растения (вейиик тростниковидный, сныть обыкновенная). Большую роль играют луговые виды (мятлик луговой, полевица белая, чина луговая, клевер средний и др.). При вырубке такого леса на открытом месте формируется растительность лугового типа.

Таким образом, основные изменения в сосняках под влиянием загрязнения атмосферы магнезитовой пылью сводятся к полному усыханию сосны, отмиранию лесных видов травяно-мохового покрова, замене их растениями, не свойственными лесу. На месте леса со временем появляются открытые пространства, покрытые травяной растительностью лугового типа. Конечной стадией отмирания сосняков в некоторых случаях может быть образование «техногенной пустыни», когда на поверхности почвы остается только сплошная плотная корка сцементированной магнезитовой пыли.

Лес и нефтяные газы. Загрязняют атмосферу вредными для растений веществами и нефтеперерабатывающие заводы. При перегонке нефти и каталитическом крекинге в воздух выбрасываются разнообразные углеводороды, как предельные, так и непредельные (метан, этилен и др.). Смесь этих газообразных веществ называют нефтяными газами.

Дымовые выбросы данного типа оказывают вредное влияние на растительность. Деревья и кустарники, которые находятся под постоянным прямым влиянием нефтяных газов, нередко погибают. В зоне меньшего влияния растения получают повреждения. У пораженных экземпляров листья темнеют, скручиваются и опадают. Однако через некоторое время появляются новые листья. Они образуются при распускании спящих почек, которые в нормальных условиях, когда нет повреждений, остаются в покое. Полное отмирание растений происходит в результате систематических и сильных ожогов листьев. Если листва уничтожается много раз в течение вегетационного периода, она уже не может восстановиться. Биологические ресурсы растения ограниченны, не беспредельны. Причем у разных видов деревьев и кустарников они неодинаковы. У одних видов способность к восстановлению листвы выражена хуже, у других лучше. Так, у рябины новая листва после уничтожения старой может отрастать несколько раз, а у липы и березы она вообще не появляется.

Воздействие нефтяных газов на деревья и кустарники неодинаково в разные периоды года. Наибольший вред они причиняют весной, во время распускания почек и формирования молодой листвы.

У некоторых деревьев повреждение нефтяными газами приводит к тому, что еще не вполне выросшие листья приобретают болезненный зеленовато-желтый цвет и деформируются. Края листовой пластинки задерживаются в росте, а средняя часть продолжает расти. В результате лист приобретает форму лодочки, так как края его приподнимаются вверх над опущенной средней частью, Иногда края, напротив, завертываются книзу (получается «лодочка», опрокинутая вверх дном). Размеры пораженных листьев заметно меньше, чем здоровых. Деформированные и ненормально мелкие листья обладают пониженной засухоустойчивостью. Они быстро засыхают и опадают в жаркую сухую погоду.

Но это еще далеко не все. Под влиянием нефтяных газов в несколько раз уменьшается длина молодых побегов.

Нарушается также нормальное формирование почек. Они вырастают значительно более мелкими, чем обычно, менее жизнеспособны. Некоторые из них впоследствии не распускаются. А это приводит к ослаблению дерева, так как уменьшается масса листвы.

Длительное воздействие нефтяных газов причиняет большой вред. В кроне пораженного дерева со временем появляется все больше и больше сухих ветвей. В конце концов дерево может полностью погибнуть.

Нефтяные газы опасны только для молодых, растущих листьев. Полностью сформированные листья совершенно не повреждаются, у них не наблюдается ни ожогов, ни деформации. Следовательно, период наибольшей чувствительности к нефтяным газам, или критический период, совпадает с временем роста и формирования листового аппарата. Именно в это время нефтяные газы представляют большую опасность. Летом они не причиняют особого вреда.

Нефтяные газы имеют весьма сложный и до сих пор детально не изученный состав. Какие именно вещества влияют на растения, не вполне ясно. Интересно, что проявления этого влияния могут быть не только такими, о которых мы уже говорили, но и иными. Помимо повреждения листьев иногда возникают серьезные нарушения физиолого-биохимических процессов в растительных организмах. Проявляется это, например, в резкой задержке цветения и даже полном его выпадении, в сильном вытягивании стеблей и т. д. Нефтяные газы, по-видимому, содержат хакие-то биологически активные вещества, сильно влияющие на жизненные процессы растений.

В этой связи уместно вспомнить о том, что в районах нефтяных разработок некоторые растения становятся ненормально развитыми, уродливыми. Возможно, что именно в нефти и в продуктах ее переработки содержатся какие-то вещества, вызывающие изменения такого рода.

Итак, нефтяные газы, представляющие собой сложную смесь газообразных веществ с преобладанием углеводородов, оказывают вредное воздействие на растения. Оно проявляется не столько в прямых ожогах, сколько в угнетении и нарушении нормального роста и формирования побегов. Характерное внешнее проявление действия нефтяных газов - деформация листьев и уменьшение их размеров. В ряде случаев происходит ослабление пораженных деревьев и их постепенное отмирание (так бывает, например, с березой пушистой).

Необходимо, однако, отметить, что заметное угнетение от нефтяных газов испытывают не все виды деревьев и кустарников. Некоторые из них совершенно не страдают от этого.

Таково в общих чертах состояние вопроса о влиянии атмосферных загрязнений на лесную растительность. В заключение необходимо немного сказать о способах защиты леса от атмосферных загрязнений.

Главный способ - прямая защита, т. е. установка на предприятиях специальных очистных сооружений, улавливающих вредные вещества. Это самый лучший и надежный путь, тот идеал, к которому надо стремиться. Только полная очистка промышленного дыма от вредных примесей может дать надлежащий эффект. Никакие другие меры не могут ее заменить.

Необходимо дальнейшее совершенствование дымо-очистных приспособлений и установка их на всех без исключения предприятиях. Всем вредным выбросам в атмосферу должен быть поставлен надежный заслон. Только тогда мы сможем сохранить наше великое зеленое богатство - лес.

Возможны и некоторые другие способы борьбы с атмосферными загрязнениями. Например, для того чтобы уменьшить вред, причиняемый сернистым газом, рекомендуют вносить известь в почву под лесом. Благодаря этому уменьшается подкисление почвенного слоя и улучшается минеральное питание деревьев. Условия жизни древесных растений делаются более благоприятными, что повышает их стойкость к сернистому газу. В лучших почвенных условиях деревья становятся более «сильными», они меньше страдают от загрязнения воздуха.

Есть даже определенные нормы внесения извести в почву под лесом. Так, для сохранения леса при не слишком большом содержании в воздухе сернистого газа достаточно внести 20 т извести на 1 га. При более сильном загрязнении воздуха норму рекомендуют удваивать.

Понятно, что внесение извести - косвенная, пассивная мера защиты леса. Она ни в какой мере не может сравниться с эффектом дымоочистных установок. И к тому же вносить известь можно только на очень малых площадях ввиду того, что эта операция весьма трудоемка и технически сложна.

Уменьшить вред, причиняемый лесу атмосферными загрязнениями, можно и некоторыми другими способами. Вот только один пример такого рода.

На заводах, выбрасывающих в атмосферу вредные вещества, периодически проводят ремонт дымоочистных установок. Во время ремонта завод работает, но дым не очищается. Создается особенно опасная ситуация, когда заводские выбросы могут причинить большие повреждения окружающим лесам.

Для того чтобы снизить этот вред, важно правильно выбрать сроки ремонта. Наименьшую опасность для деревьев промышленный дым, как мы уже говорили, представляет в конце лета, осенью и зимой. Именно в это время желательно проводить ремонт очистных установок. Тогда загрязнение атмосферы причинит лесу наименьший вред.

И, конечно, совершенно недопустим ремонт весной и в начале лета, когда нежные молодые побеги деревьев особенно чувствительны к ядовитым веществам в атмосфере. В этот период неочищенный промышленный дым наверняка погубит окружающую древесную растительность или причинит ей тяжелые повреждения.