Урбанізація, зростання промислових об'єктів і постійне збільшення щільності міського транспорту супроводжуються низкою негативних явищ, і, передусім, надмірним накопиченням в атмосфері різних газо - і пилоподібних забруднень. Все це, особливо в дуже розвинутих промислових країнах, часто призводить до безповоротнього руйнування рослинного покриву і біосфери взагалі. І хоч рослини мають добру адаптаційу здібність, вони дуже чуйно реагують на низький або надмірно високий вміст окремих компонентів повітря. Так, наприклад, збільшення концентрації в атмосфері навіть такого газу, як вуглекислий, який в певних концентраціях стимулює процеси фотосинтезу, до значень вище одного об'ємного відсотку викликає різні порушення в обміні речовин у рослин і, в результаті, знижує їх ріст і продуктивність. Зміна оптимального кисневого складу повітря також призводить до небажаних наслідків [1].

В роботі розглядаються процеси розподілу техногенних викидів в атмосферу навколо основних підприємств - забруднювачів Дніпропетровської області, розраховані поля забруднень.

Негативний вплив на навколишнє середовище, зниження врожайності сільськогосподарських культур, втрати в тваринництві, негативний вплив на здоров'я людини - ось далеко не повний перелік наслідків техногенного забруднення атмосферного повітря, що викликає, зрештою, негативні наслідки як економічного, так і соціального плану.

Один із основних шляхів поліпшення стану навколишнього середовища пов'язаний з удосконаленням технологій, з припиненням надходження шкідливих речовин в повітряний і водний басейни, в грунт. Цей шлях зв'язаний із створенням систем очищення відходів промисловості, з установкою більш досконалих фільтрів тощо. Однак малоймовірно, щоб цей шлях привів найближчим часом до повного зникнення відходів виробництва і можливості позбавити навколишнє природне середовище від згубного техногенного впливу. У зв'язку з цим необхідно розглянути і іншу сторону - те природне середовище, яке протистоїть техногенному забрудненню.

Останнім часом все більш вимальовується виключно важлива функція рослин - очищення природного середовища від все зростаючої кількості забруднювачів. Подібно фільтру вони очищають повітря від пилу, сажі і шкідливих газів. Деякі з поглинених речовин зазнають в рослинних організмах детоксикаціі. Нетоксичні продукти, що утворюються при цьому, можуть частково виділятися в довкілля.

Розподіл забруднювачів атмосфери в системі "приземний шар атмосфери - навколишнє середовище"

Речовини, що забруднюють повітря, можуть знаходитися в рідкому, газоподібному або твердому стані. Розосереджуючись в атмосфері, вони, в залежності від розміру, форми і властивостей, з'являються у вигляді диму, туману, пилу і інших речовин.

Головні джерела забруднення повітря - промисловість, енергетика, транспорт, а також паливо, що використовується для обігріву житлових будинків.

На цей час відомо більше як 150 речовин, які викидаються в атмосферу у великих кількостях і розцінюються як речовини, що забруднюють повітря і які є токсикантами для рослинних і тваринних організмів.

До основних газів і аерозолів, що проявляють токсичну дію на біологічний компонент екосистеми в індустріальних регіонах, відносяться двоокис сірки, оксиди азоту, фториди, озон, пероксиацетилнітрат (ПАН), важкі метали.

Як приклад розглянемо основну для промислово розвинених регіонів токсичну речовину - двоокис сірки (SO₂). Цей безбарвний, з різким запахом газ утворюється при спалюванні пального з великим вмістом сірки (вугілля, нафта, мазут, деревина). Двоокис сірки утворюється також при спаленні сірчастих руд; вона викидається в атмосферу коксохімічними заводами, гірничорудними і целюлозо-паперовими підприємствами, тепловими електростанціями, підприємствами чорної і кольорової металургії, коксохімічними і цементними заводами, заводами по виробництву синтетичних волокон, аміаку, целюлози [2].

Тривалість існування сірчастого ангідриду в атмосфері - біля 3-х діб в залежності від погодних умов.

Відстань перенесення при швидкості вітру 5 м/с досягає 0,7 - 6 тис. км, що дозволяє відносити сірчастий ангідрид до забруднювачів атмосфери з транскордонним поширенням.

При викидах забруднюючих речовин в атмосферу від різних джерел відбувається процес їх поширення і осадження. Рівень забруднення повітря залежить, з одного боку, від об'єму техногенних викидів в одиницю часу і інтенсивності розсіювання, а з іншого - від швидкості видалення їх з атмосфери за допомогою природних чинників. В залежності від поєднання перерахованих моментів рівень забруднення повітря в одному і тому ж районі може бути різним.

Існує два основних механізми виведення домішкив з атмосфери:

1) сухе осадження, що відбувається внаслідок гравітаційного осідання (седиментаціі), дифузійного перенесення до земної поверхні і прилипання до неї при зіткненні, а також інерційного осадження;

2) вологе осадження разом з атмосферними опадами.

Розрахунки показують,що в Європі 50% антропогенної сірки виводиться з атмосфери сухим осадженням, 30% - мокрим, 20% переноситься в інші регіони і там також випадає разом з опадами.

Істотний вплив на швидкість вітру і його завихрення чинить ліс, який є найважливішим елементом ландшафту. Поблизу лісу сильно знижується швидкість вітру і підвищується турбулентність [3], особливо на межі з полем. В результаті на відкритих полях скупчується більше відпрацьованих газів, ніж в глибині лісу. Це є також наслідком того, що ліс виступає наче фільтр, поглинаючи і нейтралізуючи велику кількість газових інтоксикантів. Зменшуючи швидкість вітру і збільшуючи турбулентність повітря, ліс сприяє осадженню пилу на кронах дерев.

Таким чином, можна зробити висновок, що кількість шкідливих речовин, що розповсюджуються в районах джерел забруднення, значною мірою залежить від метеорологічних умов, включаючи силу і напрям вітрів, вологість повітря, а також від характеру ландшафту, ступеня залісення, забудови території, інших чинників.

На основі статистичних даних [9,10] визначені об"єми викидів забруднюючих речовин в атмосферу від стаціонарних джерел найбільших міст Дніпропетровської області. Основними забруднювачами атмосфери є Криворізький виробничий комплекс і промисловий конгломерат Дніпропетровськ - Дніпродзержинськ, на частку яких припадає майже 80% всіх викидів по області. Основні види викидів - тверді у вигляді пилу, золи і сажі, а також сірчастий ангідрид, чадний газ, оксиди азоту.

Враховуючи викладене вище уявлення про швидкість і кількість випадіння атмосферних домішок на земну поверхню, ми прийшли до висновку про можливість деякого спрощення умов рішення задачі по розповсюдженню викидів у навколишньому середовищі. Без урахування транскордонних забруднювачів, що поступають з території інших областей, можна вважати, що основними джерелами забруднення атмосфери у Дніпропетровській області, що найбільш впливають на рослинні об'єкти, є комплекси підприємств Кривого Рогу, Дніпродзержинська і Дніпропетровська, які в масштабах області можна прийняти за умовно точкові джерела забруднень атмосфери. Була поставлена задача зробити розрахунки полів забруднень атмосферного повітря на основі наступних вихідних даних.

Джерела забруднень: Дніпропетровськ - пил - 105,7 т/добу; SO₂ - 148 т/добу; СО - 59,4 т/добу; NxOx - 63,3 т/добу. Дніпродзержинськ-пил - 48,5 т/добу; SO₂ - 51,5 т/добу; СО - 172,8 т/добу; NxOx - 18,1 т/добу; Кривий Ріг - пил - 185,5 т/добу; SO₂ - 74,2 т/добу; СО - 703,3 т/добу; NxOx - 35,3 т/добу. Напрям вітру: північно-східний - 10 - 15 м/с; південно-західний 5 - 10 м/с; північно-західний - 10 - 15 м/с; південний - 5 - 10 м/с. Усереднена висота умовної труби викидів шкідливих речовин - 80 м.

Згідно з поданими вихідними даними і загальними кліматичними умовами степової зони України, куди відноситься Дніпропетровська область, з використанням математичної програми ЕОЛ-ПЛЮС відділом системного аналізу і моделювання процесів природокористування ІППЕ НАН України були проведені розрахунки полів забруднень атмосферного повітря для сірчастого ангідриду, оксидів азоту, оксиду вуглецю та неорганічного пилу. Як приклад, на рис.1 наведені результати розрахунків розповсюдження сірчастого ангідриду по Дніпропетровській області.

Аналіз результатів досліджень показує, що викиди сірчастого ангідриду, оксидів азоту, неорганічного пилу та оксиду вуглецю досягають районів, розташованих поблизу джерел забруднень, в концентраціях, що значно перевищують ГДК (П"ятихатський, Софіївський, Апостолівський, Широківський, Криворізький, Дніпропетровський, Петриківський, Новомоськовський, Павлоградський, Синельниківський, Криничанський, Верхньодніпровський райони).

Розглянемо зворотню реакцію зелених рослин на вплив техногенних викидів більш детально.

Поглинальна та інактивуюча здатність рослин в умовах техногенноого забруднення атмосфери

В останні роки виразно вимальовується виключно важлива функція рослин в очищенні природного середовища від все зростаючої кількості забруднювачів. Неначе фільтр вони очищають повітря від пилу, сажі і шкідливих газів.

наземна рослинність токсичний викид

Деякі з поглинених речовин зазнають в рослинних організмах детоксикаціі. Нетоксичні продукти, що утворюються при цьому, можуть частково виділятися в довкілля. Таким чином, зміни в екологічній обстановці стали фундаментом принципово нових ланок в біологічному кругообігу, в якому рослини грають першорядну роль, і ніщо не може замінити їх діяльності.

У той же час рослини самі по собі у великій мірі страждають від забруднення навколишнього середовища. Всі рослини по ступеню ураженості діляться на стійкі і нестійкі. Для стійких видів гранично допустимий вміст фітотоксикантів вище, ніж для нестійких. Це пов'язано з неоднаковою швидкістю поглинання шкідливих домішок, їх подальшого руйнування в листках, особливістю обмінних процесів в рослинах різних видів.

Слід зазначити, що в країнах СНД досі не розроблені держстандарти на значення гранично допустимих концентрацій токсикантів для представників рослинного світу і, при необхідності, використовуються ГДК, розроблені для людини, які мають, як правило, більш високі значення [3]. За рекомендаціями Європейського економічного співтовариства пропонуються для захисту рослинності з метою збереження її основної економічної і екологічної функції такі середньорічні граничні концентрації [6]:

для двоокису сірки: 0,050 мг/м³ для дуже чутливих видів; 0,080 мг/м³ для чутливих; 0,120 мг/м³ для менш чутливих видів рослин.

для фтористого водня: 0,0003 мг/м³ для дуже чутливих видів; 0,0005 мг/м³ для

чутливих; 0,0014 мг/м³ для менш чутливих видів рослин.

Є також рекомендації допустимих концентрацій забруднювачів атмосфери "Тимчасові нормативи" для лісів навколо музею-садиби Л.М. Толстого [3].

Потрібно врахувати ще одну обставину. Скупчення різних джерел викиду в місцях з високою концентрацією промислових об'єктів приводить до того, що викидається не одна шкідлива речовина, і на рослинність постійно діють комбінації різноманітних токсичних речовин різної концентрації, що змінюються. Тому зрозуміло, що схильність рослинності до ушкодження в місцях з впливом багатьох токсичних речовин вище, ніж при наявності тільки однієї шкідливої речовини. Причина цього полягає, передусім, в неоднаковій опірності окремих видів рослин по відношенню до різних шкідливих речовин і їх комплексної дії.

Враховуючи вищеозначені зауваження, можна оцінити результати розрахунків по розповсюдженню викидів від основних джерел забруднювачів атмосфери в Дніпропетровській області (див. рис.1). Як висновок, можна стверджувати, що в межах 25 - 80 км від потужних джерел техногенних викидів в атмосферу - (комплексу підприємств Кривого Рогу, Дніпропетровська, Дніпродзержинська) - рослинність підпадає під вплив самого широкого спектру токсикантів в концентраціях, що значно перевищують значення рекомендованих ГДК.

Визначення в листках накопичень токсичних елементів дозволяють скласти порівняльну оцінку очисної функції рослин в конкретних умовах [7].

Розрахунки показують, що 1 га лісових насаджень степової зони здатний без помітної шкоди для себе поглинути з повітря 400 кг сірчастого газу, 100 кг хлоридів і 20 - 25 кг фторидів. Указані величини відображають враховані накопичення і вимивання фітотоксикантів і вони в 1,5 - 2 рази нижче потенційно нешкідливої ємкості накопичення токсичних елементів.

Здатність рослин відфільтровувати і осаджувати з повітря пилоподібні частки визначається їх пилозатримуючими властивостями.

Деревні насадження, які виростають поблизу джерела, що викидає в атмосферу пилоподібні частки, збільшують місцеве осадження їх в повітрі в 4 - 10 разів. Кількість твердих часток, що втримуються на листі, вельми мінлива у часі, особливо в період випадання опадів.

Особлива роль в очищені повітря від пилу належить лісам. Якщо площа листової поверхні трав'янистого ландшафту перевершує площу території, що займається, в 2 - 6 разів, то лісових - в 7 - 10 разів. Встановлено, що 1 га ялицевого лісу спроможний затримати в рік 32, ялинкового - 30, соснового - 35, дубового - 54, букового - 68 тонн пилу [8].

Враховуючи, що важкі частки пилу при середніх значеннях швидкості вітру звичайно не розповсюджуються на великі відстані, озеленення території підприємств, що є джерелами забруднення атмосферного повітря пилом, має велике санітарно - гігієнічне і екологічне значення.

Затримані рослинами частки пилу частково інактивуються самою рослиною, а надалі, під впливом атмосферних опадів і механічних впливів, осідають на земну поверхню у вигляді твердих часток, розчинених у воді солей і адсорбованих газів, у вигляді різних сполучень разом з опаданням листя. Подальші перетворення відбуваються вже в грунті.

Оцінка здатності наземної рослинності поглинати забруднювачів атмосфери