Загрязнение почв опасно не только ухудшением качества продукции, обусловленном повышением содержания в ней опасных химических веществ и (или) снижением содержания ценных компонентов, но и снижением продуктивности растений.
Продуктивность — способность живых организмов создавать, консервировать и трансформировать органическое вещество. Нередко продуктивность рассматривают как синоним продукции и измеряют ее как отношение массы производимого вещества к площади (т/га) или массы ко времени (т/год).
В лесных биогеоценозах, подверженных воздействию аэрозольных выбросов различных предприятий, отмечаются зоны с различным уровнем отклонений от нормального развития. По мере удаление от источника загрязнения зона отсутствия растительности (техногенная пустошь) сменяется зоной сильного угнетения всех представителей растительного сообщества, в первую очередь чувствительных видов, далее зоной среднего и слабого угнетения. Нарушения проявляются нередко на расстоянии в десятки км, например, в окрестностях комбината Североникель.
Если почвы агроцеонозов подвержены аэрозольному загрязнению, в них не только отмечается повышенное содержание металлов, металлоидов, но и снижение количества и активности микроорганизмов, простейших и других обитателей почвы, влияющие на ее продуктивность.
Сельскохозяйственные растения страдают не только от косвенного влияния поллютантов, присутствующих в почве, но и вследствие прямого влияния загрязняющих веществ на растения. Загрязняющие вещества аэрозольных выбросов загрязняют листовые пластинки растений, затрудняя их дыхание, проникают внутрь листа, вызывая внутриклеточные изменения, нарушение обмена веществ. Отмечается некроз листьев, со специфическим проявлением его у разных видов растений, возможно усыхание листьев, их преждевременный опад. Это сопровождается нарушением роста растения, его развития, плодоношения, уменьшением количества продукции.
Эффект зависит от вида загрязняющего вещества, уровня и продолжительности его воздействия на растения. Повышенное содержания диоксида серы в воздухе вызывает некроз с появлением на листьях белых, коричневых пятен, их недоразвитие. Опасно нарушение важнейших биохимических процессов в растениях. В растениях происходит сбой процесса фотосинтеза, снижение содержания хлорофилла в листьях, способности к поглощению углекислого газа. В связи с поражением клеток эпидермиса у растений нарушается способность сохранять и накаливать влагу в клетках, что снижает устойчивость растений к засухе. Разрушение под влиянием диоксида серы белковой мембраны повышает проницаемость ее для сахаров и ионов питательных элементов, что сопровождается освобождением протонов, снижением уровня pH, а это в свою очередь тоже ведет к нарушению процессов фотосинтеза. Высокие концентрации диоксида серы снижают способность растений к детоксикации, которая в незагрязненных растениях обеспечивается образованием в клетках свободных серусодержащих аминокислот. Отмечается, что фитотоксичное действие диоксида серы на сельскохозяйственные растения отмечается при его концентрации в воздухе 50—90 мкг/м3 (Агроэкология, 2000).
Загрязнение окружающей среды тяжелыми металлами вызывает метаболические нарушения в растениях. Установлено избыточное содержание тяжелых металлов в тканях зрелых листьев растений, которое оказывает токсичное действие на них и ведет к снижению продуктивности.
Физиологические и биохимические изменения в растениях вследствие загрязнения имеют во многом сходный характер при воздействии различных загрязняющих веществ (оксиды азота, металлы, пестициды и др.), а также при стрессах иного рода (засуха, засоление). Стрессы вызывают у растений изменение активности ферментов, способствующих повышению их устойчивости к данному стрессу. Согласно обобщенным в учебнике Агроэкология (2000) данным, механизмы сопротивления растений к действию поллютантов таковы: а) ксерофитизация, проявляющаяся в утолщении кутикулы растений, в увеличении волосков, ограничивающих поступление токсикантов; б) физиологическая приспособляемость — усиление действия механизмов обеззараживания и аккумуляции токсических веществ путем использования их в метаболизме или удаления из организма; в) естественный отбор наиболее приспособленных к химическому воздействию особей.
Широк перечень влияющих на продуктивность агроэкосистем факторов и показателей их экологического неблагополучия. Уровни этих показателей могут быть нормированы. За норму принимается состояние устойчивого равновесного состояния, за риск — вероятность деградации окружающей среды агроэкосистем, переход ее в неустойчивое состояние; под катастрофой понимается изменение собственных параметров агроэкосистемы, переход ее в неравновесное состояние, сопровождающийся потерей устойчивости; под бедствием — глубокое нарушение равновесного состояния системы.
Эти показатели состояния агроэкосистемы меняются и при загрязнении окружающей среды, что сказывается на продуктивности агроценозов.
Загрязнение агроценозов — реальная угроза выполнения ими их целевой функции — обеспечения стабильности производства сельскохозяйственной продукции.