Растения и чистота природной среды - Артамонов Вадим Иванович

Как уже отмечалось, большую опасность для живых организмов представляет накопление в окружающей среде тяжелых металлов. Оказалось, что некоторые микроорганизмы могут обезвреживать эти вещества. Так, например, со сточными водами предприятий химической, металлургической, электрохимической, кожевенной, текстильной и других отраслей промышленности в водоемы могут поступать соли хромовых кислот — хроматы и бихроматы. Они губительно воздействуют на все живые организмы, в том числе и на бактерий. Существующие способы обеззараживания сточных вод от хрома: химический, электрокоагуляционный, ионообменный основаны на переводе хрома из шестивалентного в трехвалентное состояние, в результате чего получается нерастворимая, выпадающая в осадок гидроокись хрома. Эти способы требуют дорогостоящего оборудования, больших капитальных затрат и сложны в эксплуатации.

После длительных поисков ученым удалось найти такие микроорганизмы, которые обладают способностью к жизнедеятельности в растворах, содержащих высокие концентрации хрома, причем они не только сохраняют жизнеспособность, но и способны переводить хром из шестивалентного в трехвалентное состояние. Бактерии, названные в честь их первооткрывателя В. И. Романенко «дехроматиканс Романенко», переводят хром в трехвалентное состояние, вызывают выпадение его в осадок в виде гидроокиси. Так происходит освобождение сточных вод от ионов хрома.

Указанные бактерии были использованы для очистки промышленных вод гальванического цеха запорожского завода «Коммунар». В 1 л этих вод содержится 80 мг шестивалентного хрома. Проходя через активированный ил, населенный бактериями, этот раствор всего за полчаса полностью очищается от хрома. За 1 ч установка, действующая на заводе «Коммунар», обеспечивает очистку 50 м3 воды, содержащей хром. Капитальные затраты на внедрение биохимической очистки сточных вод в 3–5 раз меньше, чем при использовании химического метода, а эксплуатационные расходы — в 7 раз. Новый метод очистки сточных вод от хрома вызвал большой интерес у специалистов.

В связи с токсичностью мышьяка ученые исследовали его метаболизм в ряде растительных организмов. Оказалось, что морские водоросли обладают способностью детоксицировать арсенаты путем образования органических производных о-фосфатидилтриметиларсониумлактата.

Очень успешно извлекает из воды тяжелые металлы мох тортула пустынная (Torlula desertorum), широко распространенный в Таджикистане.

Избавиться от тяжелых металлов, содержащихся в воде, помогают и цветковые растения. Так, например, упоминавшийся выше водный гиацинт очень энергично поглощает из воды ионы свинца, кадмия, никеля, серебра, ртути и других металлов. Пропитанные этими веществами растения эйхорнии предполагается даже использовать для получения ценных металлов.

Установлено, что камыш, водяной орех, рдест красный активно извлекают из воды марганец, а ряска — медь и бор. Содержание марганца в различных видах макрофитов составляет в среднем 485 мг/кг воздушно-сухой массы. В отдельных видах растений наблюдается отклонение от этого среднего значения в пределах от 66 до 2900 мг (Кроткевич, 1982). Полностью погруженные в воду растения содержат в 2–3 раза больше марганца, чем полуводные и надводные.

Особой устойчивостью к солям тяжелых металлов обладает тростник обыкновенный. В условиях аквариума он способен выносить без существенного для себя вреда растворы медного купороса, азотнокислой ртути, азотнокислого хрома и сернокислого цинка в концентрации от 100 до 300 мг/л. Растение успешно противостоит солям свинца. Оно росло при концентрации азотнокислого свинца, равной 2 г/л. Тростник обладает способностью извлекать из воды и накапливать в своих тканях более 20 химических элементов.

Приведенные выше материалы свидетельствуют о важной роли растений в очистке воды от вредных примесей. В настоящее время стоит вопрос о селекции специфических форм растений — деструкторов различных видов загрязнителей водоемов. Микроорганизмы и высшие растения поддерживают гомеостаз многих факторов в биосфере, что обеспечивает ее нормальное функционирование в современных условиях.

Глава 4. Устойчивость растений к фитотоксикантам

Некоторые растения слабо повреждаются в результате действия вредных примесей атмосферы. Такие растения представляют большой интерес по крайней мере в двух отношениях. Во-первых, эти растения могут быть широко использованы для озеленения территорий, более или менее постоянно подвергающихся воздействию ядовитых веществ. Во-вторых, эти растения весьма ценны для выяснения механизмов резистентности. Знание же механизмов резистентности открывает пути для селекции форм и сортов полезных растений, не повреждаемых вредными веществами.

Под устойчивостью растений к вредным примесям среды обитания следует понимать их способность противостоять действию ядовитых веществ, сохраняя декоративные качества и нормальную продуктивность. К таким растениям относится ряд видов, отмеченных ниже. Следует, однако, иметь в виду, что сведения относительно устойчивости того или иного растения часто противоречивы. В одних условиях растение может быть устойчивым, в других — более или менее повреждаемым. Сильное влияние на устойчивость растений к загрязнителям атмосферы и гидросферы оказывают климатические параметры.

Некоторые исследователи полагают, что растения в процессе эволюции не выработали каких-либо специфических защитных приспособлений к интенсивному загрязнению окружающей среды. Различную чувствительность

растений к газообразным токсикантам они объясняют неоднозначными преадаптационными возможностями отдельных видов, выработанными ранее к другим неблагоприятным факторам среды. Это утверждение справедливо в том отношении, что в современную эпоху происходит загрязнение природной среды чрезвычайно широким спектром химических веществ, со многими из которых растения раньше не сталкивались. Справедливо и то, что некоторые свойства растений определяют их устойчивость не к одному, а к нескольким неблагоприятным факторам среды, что нашло отражение в представлениях о существовании комплексной устойчивости. Вместе с тем следует отметить, что основные загрязнители окружающей среды существовали и в эпоху, предшествующую появлению человека. Рассмотрим несколько примеров.

Сернистый газ поступает в природную среду отнюдь не только в результате человеческой деятельности, но и в ходе вулканических процессов. По подсчетам ученых, вулканы привносят в атмосферу Земли 2–4 млн т двуокиси серы. Это сравнительно немного по отношению к масштабам поступления этого токсиканта в результате человеческой деятельности. Следует, однако, исходить из того, что масштабы вулканической деятельности в прошлые геологические эпохи были иными, в результате чего растения сталкивались, по-видимому, с высокими концентрациями этого соединения.

Сероводород оказывается в природной среде главным образом в силу жизнедеятельности микроорганизмов (сульфатредуцирующих, осуществляющих разложение серосодержащих белков).

Озон появился в атмосфере Земли после того, как первичные автотрофные организмы образовали заметное количество кислорода. Он возник в результате воздействия на кислород жесткого ультрафиолетового излучения.

Окислы азота образуются в ходе восстановления нитратов, процесса, который осуществляет множество растений и микроорганизмов.

Аммиак в огромных количествах синтезируется в почве в результате аммонификации белков и мочевины.

До недавнего времени окись углерода считалась чисто техногенным продуктом. Допускалось, что некоторое количество угарного газа поступает в атмосферу в результате вулканической деятельности и лесных пожаров. Однако в начале 70-х годов было установлено, что существует природный источник окиси углерода, мощность которого довольно значительна. Этот источник пока неясен. Есть данные, указывающие на то, что СО образуется при фотосинтезе в самых различных условиях: в хвойных лесах, при подледном развитии фитопланктона, при культивировании хлореллы и т. д. Другие исследователи полагают, что СО образуется в почве анаэробными микроорганизмами. Некоторое количество СО накапливается в морской воде в результате разложения на свету остатков водорослей и планктона и распада порфириновых пигментов растений: вспышка синтеза угарного газа отмечена во время интенсивного опадения листьев.