Факультет

Студентам

Посетителям

Лес и атмосферный воздух

В проблеме охраны окружающей среды особое место занимает борьба с загрязнением атмосферного воздуха.

Биологическая продуктивность природных компонентов окружающей среды, здоровье и трудоспособность людей зависят от качества воздушной среды. Источниками ее загрязнения являются естественные и антропогенные факторы. К числу первых относятся дымы от лесных и степных пожаров, пыльные бури, извержения вулканов, космические влияния, поступления в атмосферу загрязняющих веществ в результате деятельности живых организмов. Тем не менее пыльные бури, пожары, являющиеся следствием нарушения требований сельского и лесного хозяйства, могут быть отнесены и к категории факторов антропогенных. В последние десятилетия определенную опасность для планеты стало представлять техногенное загрязнение атмосферы.

К настоящему времени синтезировано и выделено из природного сырья более 6 млн. веществ, к которым ежегодно прибавляется около 200 тыс. новых химических соединений. Часть их вовлекается в биологический круговорот и оказывает влияние на биосферу. В процессе хозяйственной деятельности человека ежегодно выбрасывается в атмосферу около 4 млрд. загрязняющих веществ. К наиболее распространенным газообразным загрязняющим веществам относятся окислы серы, азота, углерода, соединения фтора, хлора, некоторые углеводороды и фотохимические окислители (озон, пероксиацетилнитрит). Кроме газов, в атмосфере содержатся частицы сажи и пыли. Только в результате сжигания угля в атмосферу поступает около 120 млн. т золы в год, а вместе с остальными видами пыли — 200—300 млн. т. Серьезными источниками загрязнения являются также пестициды и различные дефолианты. В современном мире около 40% вредных выбросов в атмосферу поставляет энергетика и около 20% — транспорт (примерно 55% транспортного загрязнения атмосферы городов в мире дают автомобили).

Охране воздушного бассейна, сохранению благоприятного состояния атмосферного воздуха в нашей стране придается большое значение. Правовой основой защиты атмосферы от загрязнения в СССР является Закон СССР об охране атмосферного воздуха, Основы законодательства Союза ССР и союзных республик о здравоохранении и другие законодательные акты (правительственные постановления, государственные стандарты, нормы и другие документы).

Реализация планов по охране от загрязнения атмосферного воздуха позволила сократить поступление вредных примесей в воздушный бассейн городов и промышленных центров за годы прошлой пятилетки более чем на 20%. За этот же период введены в действие сотни различных установок, обеспечивающих улавливание и обезвреживание вредных веществ, выделяемых в атмосферу промышленными предприятиями и другими источниками загрязнения.

В 1983 г., несмотря на значительный рост объемов промышленного производства, общее количество вредных веществ, поступающих в воздух от стационарных источников загрязнения, сократилось почти на 9 млн. т по сравнению с 1975 г. За этот же период улавливание и обезвреживание вредных веществ увеличилось с 65 до 75%. Многое делается по утилизации сернистого ангидрида на промышленных предприятиях, внедрению организационно-технических мероприятий, направленных на снижение вы

деления газов и содержания в них вредных веществ. Вводятся новые ГОСТы на содержание вредных веществ в выхлопных газах автомобилей и др. Однако очистка воздуха от различного рода загрязняющих веществ не повысит содержания кислорода в городском воздухе, насколько совершенной она бы ни была. Поэтому наряду с обезвреживанием выбросов в атмосферу следует активизировать восстановительные силы природы, и в первую очередь с помощью лесных насаждений. Несмотря на то что леса нашей планеты занимают около 1/3 части поверхности суши, они продуцируют более половины всей биомассы, производимой зеленой растительностью.

В процессе жизнедеятельности растений за счет солнечной энергии и имеющихся у земной поверхности веществ ежегодно образуется около 180 млрд. т растительной массы (сухой) и около 300 млрд. т кислорода. Фотосинтезирующей способностью обладают все зеленые растения суши и большая часть морского фитопланктона, однако наибольшую продуктивность органической массы с единицы площади дают лесные насаждения. Наибольшей интенсивностью фотосинтеза отличаются дуб, береза, липа, сосна, ель и другие породы.

Санитарно-гигиенические функции лесных насаждений проявляются прежде всего в том, что они поглощают углекислоту и обогащают воздушный бассейн кислородом. Одновременно зеленые насаждения уменьшают концентрацию находящихся в воздухе вредных газов и паров: сероводорода, окиси азота, фтористого водорода, окиси углерода, паров соляной кислоты и др.; 1 т древесной растительности выделяет в воздух 1,1 т кислорода, поглощает не менее 1,5 т СО2. Столетний бук высотой 25 м и диаметром кроны 15 м производит 1,7 кг кислорода в час. Одно дерево в течение вегетационного периода обезвреживает до 12 кг сернистого газа.

Наблюдениями в Донбассе и Ростовской обл. установлено, что под влиянием зеленых насаждений концентрация сернистого газа на расстоянии 1000 м от ТЭЦ металлургического завода, коксохимического комбината снижается на 20—29%, а на расстоянии 1,5—2 км — на 38—42%. Установлено, что 1 га покрытой лесом площади поглощает за 1 ч 8 кг CO2, т. е. столько, сколько выдыхает его 200 чел. за этот же период времени; 1 га 20-летиего соснового насаждения поглощает ежегодно 9,35 т CO2 и выделяет 7,25 т кислорода. Наиболее активны в этом отношении средневозрастные высокопроизводительные насаждения. Так, 1 га 60-летнего соснового леса выделяет более 10 т кислорода в год, а 40-летние дубовые насаждения еще больше — около 14 т. Лучшие насаждения (1 бонитета) способны выделить до 20—30 т кислорода с 1 га в год. В солнечные теплые дни 1 га леса, поглощая из воздуха 220— 280 кг CO2, выделяет 180—220 кг кислорода.

Наиболее активными «поставщиками» кислорода являются тополевые насаждения: 1 га насаждений тополя выделяет кислорода в 7 раз больше, чем такая же площадь еловых насаждений; средневозрастной тополь в период вегетации поглощает за 1 ч до 40 кг углекислоты. До недавнего времени считалось, что основное количество кислорода выделялось в атмосферу морями и океанами. Однако, по новейшим данным, на долю морей и океанов приходится не более 40% ежегодного выделения кислорода, остальные 60% поставляет растительность суши.

Биологическая активность кислорода, необходимого для нормальной физиологической деятельности человека, определяется степенью ионизации (наличием ионизированных молекул). Ионизация воздуха значительно выше в лесу, нежели на открытой местности. В лесном воздухе степень ионизации кислорода в 2—3 раза больше, чем в морском или в воздухе над лугом. Воздух с повышенной ионизацией оказывает благотворное влияние на организм человека, способствует активности дыхательных ферментов, повышает содержание кислорода в крови, снижает уровень сахара и фосфора, улучшает самочувствие и настроение, снимает усталость, способствует излечиванию от ряда заболеваний.

Целебные свойства отрицательно заряженного воздуха с успехом используют при лечении бронхиальной астмы, при бессоннице и переутомлении. Количество отрицательных ионов зависит от состава насаждений. Заметно увеличивают количество легких ионов в воздухе береза, дубы черешчатый и красный, клены, сосна обыкновенная, пихта, лиственница сибирская, рябина, сирень и другие древесные и кустарниковые породы. В смешанном лесу этих ионов на 32% больше, чем на открытой поляне. В городском воздухе ионов с отрицательным зарядом в 5—7 раз меньше.

Лес в значительной степени способствует очищению атмосферного воздуха от сажи, дыма и пыли, препятствует их дальнейшему распространению, ослабляет действие других вредных примесей. В промышленных районах городов содержится много пыли, а в жилых и пригородных районах концентрация ее уменьшается.

Если запыленность воздуха во внутриквартальных лесных насаждениях принять за 100%, то в городских и загородных парках она составит соответственно 48 и 13,7, а в пригородных лесах только 3—5%. На озелененных площадях запыленность воздуха на 40% ниже, чем на окружающих неозелененных участках.

Зеленые насаждения могут улавливать до 70—80% аэрозолей и пыли. Наибольшей улавливающей способностью обладают древесные породы с шершавыми и покрытыми ворсинками листьями— вяз, карагач, шелковица, рябина, бузина и др. Установлено, что 1 м2 поверхности листвы насаждений задерживает от 1,5 до 10 г пыли.

Листья и хвоя 1 га леса составляют площадь от 4 до 100 тыс. м2, а вместе с поверхностью ветвей и стволов деревьев — 50—150 тыс. м2, что в 5—15 раз превышает площадь, занятую лесом. Под деревьями пыли в воздухе меньше в среднем на 42,2% в вегетационный период и на 37,5% — при отсутствии листвы. Наблюдения за районом одного из цементных заводов показали, что за вегетационный период тополь черный способен задерживать 44 кг пыли, тополь белый — 53, ива белая — 34 и клен ясенелнстный — 30 кг. Ежегодно 1 га еловых насаждений задерживает на кронах деревьев до 30 т пыли, сосновых — до 35, насаждений из вяза — 43, дубовых — 54 и буковых — 68 т. Способность леса отфильтровывать и осаждать из воздуха ежегодно до 50—70 т пыли на площади 1 га благотворно сказывайся на оздоровлении окружающей человека среды.

Велика роль лесов в очищении атмосферного воздуха городов, индустриальных и других центров от примесей различных газов. Исследованиями ученых установлено, что лесные насаждения обладают довольно высокой газоочищающей и газопоглотительной способностью, которая зависит от целого ряда элементов леса, слагающих его лесоводственную и экологическую структуру (от состава и полноты насаждений, формы и высоты, подроста, подлеска и др.). Наиболее эффективно очищают воздух от неблагоприятных газообразных примесей лиственные насаждения, затем хвойно-лиственные и, наконец, хвойные. Березовоосиновая зона шириной 3 км уменьшает концентрацию сернистого газа в 2 раза. Среднеполнотные насаждения обладают наибольшей эффективностью по сравнению с высокополнотными, наименее эффективны низкополнотные насаждения; 1 га лесных насаждений способен без заметного вреда для себя поглотить из воздуха 400 кг сернистого газа, 100 кг хлоридов и 20—25 кг фторидов. Потенциальная возможная. поглотительная способность смеси фитотоксичных газов в лесостепной зоне по сравнению с лесной выше в 1,5—2 раза и составляет 700—1000 кг/га.

Листья акации белой общей массой 1 кг (в расчете на сухое вещество) за вегетационный период накапливают сернистого газа 69 кг, вяза обыкновенного— 39, лоха узколистного — 87, тополя черного — 157 кг. Отдельные деревья ивы, тополя и ясеня способны поглотить за вегетационный период 200—250 г хлора, а кустарники — 100—150 г. В ходе экспериментов было установлено, что наибольшее количество свинца накапливалось листьями каштана конского (600—800 мг/кг сухого вещества), клена остролистного (304), тополя пирамидального (162), липы крупнолистной (80) и бирючины (270); с удалением от автомагистрали на 10—20 м содержание свинца в листьях резко падало; 1 м2 листвы ивы белой поглощает из воздуха серы в 4,5 раза больше по сравнению с акацией белой, а 1 м2 лоха узколистного в 2—3 раза по сравнению со смородиной золотой. Одно дерево, имеющее 10 кг, а кустарник — 3 кг листьев (в пересчете на сухую массу), накапливают за период с мая по сентябрь следующее количество углекислого газа: тополь бальзамический — до 180 г, ясень ланцетный — 170, вяз гладкий — 120, липа сердцелистная — 100, береза пушистая — 90, клен ясенелистный — 30, клен остролистный — 20, сирень обыкновенная — 20, карагана древовидная — 18, жимолость татарская — 17, барбарис обыкновенный — 12, роза морщинистая — 8 и чубушник венечный — 6 г.

Установлено, что многие растения могут усваивать из атмосферы алканы и ароматические углеводороды, карбонильные соединения, эфиры и эфирные масла. Имеются сведения о поглощении растениями фенолов. Большой фенолаккумулирующей способностью обладают шелковица белая, бузина красная, бирючина обыкновенная, сирень обыкновенная. Особенно замечательна способность леса извлекать из воздуха радиоактивные вещества. Зеленые насаждения на 25% и более уменьшают содержание в воздухе радиоактивных веществ. Исследования во Фрайбурге (ФРГ) с изотопом брома показали, что содержание в воздухе радиоактивных веществ, возникающих при ядерных взрывах, в лесной местности на 50% меньше, чем в безлесных районах.

Фильтрующая способность леса оказалась действенной и по отношению к распыленному в воздухе радиоактивному йоду: листья и хвоя деревьев могут собирать его до 50%. По данным Хербста, полученным после выпадения радиоактивных осадков, общая радиоактивность на незащищенных местах оказалась в 32 раза выше, чем в лесу. Толстые листья накапливают радиоактивные вещества более интенсивно. Эффективность влияния леса при защите от радиоактивности и степень его ослабляющего действия во многом зависят от характера составляющих, через которые лес влияет на среду. В лиственном лесу самоочищение надземной части от радиоактивных выпадений происходит значительно быстрее, чем в хвойном. На высоте 25 м над хвойным лесом доза излучения в 1,5 раза выше, чем над лиственным.

Большое влияние на жизненные процессы растительных и других компонентов леса оказывают всевозможные летучие вещества (терпены, углеводороды, витамины и др.). Общее количество непредельных и ароматических углеводородов, выделяемых в атмосферу за вегетационный период кедровыми насаждениями, составляет около 400—500 кг/га, сосновыми — 400—500 и березовыми — 200—220 кг/га. Среди летучих органических соединений особое значение имеют фитонциды — вещества, губительно действующие на насекомых, бактерии, грибы, другие микро — и макроорганизмы. Береза бородавчатая, дуб черешчатый, сосна эльдарская, акация белая, клен серебристый, айлант и другие породы проявляют высокую фитонцидную активность по отношению к микроорганизмам воздуха, гемолитическому стрептококку. золотистому стафилококку и кишечной палочке. Фитонциды содержатся также в можжевельнике, орехе грецком, шиповнике, эвкалипте и др. Известно, что 1 га лиственного леса выделяет в сутки 2—3 кг летучих органических веществ, а 1 га хвойного — 5 кг; 1 га можжевеловых зарослей выделяет в сутки 30 кг фитонцидов, которых достаточно для обеззараживания воздуха большого города. В лесу в 1 м3 воздуха содержится в среднем не более 500 патогенных бактерий, а в городе — более 36 тыс. Летучие фитонциды сосновой хвои убивают инфузорий в течение 10—15 мин, хвои пихты — через 5 и кедра — через 15 мин, водный раствор из хвои этих пород убивает простейших в доли секунды. Фитонциды лиственницы сибирской, ели обыкновенной, тополя бальзамического и дуба летнего значительно снижают, а фитоорганические выделения сосны обыкновенной полностью подавляют рост и развитие колоний кишечной палочки.

Установлено, что большинство растений действуют избирательно: так, фитонциды дубовой листвы и тополя убивают возбудителей дизентерии, пихтовой хвои — дифтерии, сосновой — туберкулеза и т. д. Фитонциды, выделяемые лесными насаждениями, оказывают благотворное влияние на нервную систему человека, активизируют важнейшие физиологические процессы в организме. Фитонциды оздоровляют воздух, и их по праву называют витаминами атмосферы. Подмечено, что в молодом сосновом лесу воздух почти не содержит бактерий.

Выявлена прямая зависимость освещенности городов от степени запыленности и загазованности воздуха. Во многих современных крупных городах интенсивность солнечной радиации понижена; потери ультрафиолетового излучения из-за промышленных выбросов могут достигать 40%. Пылевой шлейф большого города может вызвать снижение радиации на окружающей территории в радиусе до 40 км. Величина суммарной освещенности летом в городе на 3—12%, а зимой на 20—30% меньше, чем в селе.

Исследованиями ЦНИИП градостроительства подтверждается положительное влияние лесной растительности на повышение чистоты воздуха, в частности на повышение прозрачности атмосферы. Установлено, что коэффициент прозрачности атмосферы в прилегающих к лесному массиву застроенных районах на 6—10% выше, чем в центре города. Подмечено, что большие лесопарковые массивы увеличивают интенсивность видимой и ультрафиолетовой радиации на 15—20%, снижают аэрозольное помутнение на 20—40%, а мутность атмосферы — на 10—30%.

Зеленые насаждения являются наиболее надежным средством защиты от различного рода шумов. Влияние леса на шум может быть прямым и косвенным. Прямое заключается в поглощении звуковых волн и снижении уровня шума, а косвенное проявляется в том, что лес сам по себе не только не производит вредных для человека звуков, но и благотворно влияет на слуховой аппарат и психику человека.

Средний уровень сокращения шумов при удалении от источника шума на расстояние 100 м в глубь леса на 5—16 дб ниже, чем на открытом месте. Степень защитной роли растений против шумов тем выше, чем больше плотность насаждений. Зеленые насаждения можно рассматривать как полупрозрачный экранирующий барьер на пути звуковых волн. Эффективность снижения шума зависит от характера и состояния насаждений (состава, размещения и конструкции, полноты, наличия подроста и подлеска, высоты и др.). Установлено, что снижение силы шума пропорционально ширине листвы лесной полосы.

Лиственные насаждения высотой 7—8 м средней густоты снижают транспортный шум на 10—13 дб, а хорошо развитые лесные насаждения на участке шириной 40 м — на 17—23 дб. Лесная полоса шириной 200—250 м почти полностью поглощает шум от движения транспорта на автомагистрали. Кроны лиственных пород поглощают 26%, а отражают и рассеивают 74% падающей на них звуковой энергии. Лучшими шумоулавливающими свойствами отличаются многоярусные насаждения, в составе которых участвует несколько древесных и кустарниковых пород. Наиболее высокой шумопоглотительной способностью отличаются лиственные породы — клен остролистный, липа крупнолистная, калина, тополь берлинский, дуб черешчатый, граб, тополь канадский, береза и др.

Велико влияние леса на изменение микроклиматических условий. Лес способствует снижению температуры воздуха и увеличению его влажности как в результате испарения влаги, так и вследствие защиты от солнечной радиации. Массы более холодного чистого воздуха как более тяжелого образуют в насаждении нисходящие токи и поступают в жилые районы города, вытесняя и замещая там загрязненный и более теплый воздух; последний, образуя восходящие токи, поднимается в верхние более холодные слои атмосферы. Радиационная температура в лесу в 2 раза и более ниже, чем на безлесной территории. Температура воздуха среди зеленых насаждений в жаркую погоду на 4—8 и более градусов ниже, чем на открытом участке. Лесные насаждения, понижая летнюю жару, одновременно повышают относительную влажность воздуха примерно на 15—30%, именно поэтому в жаркий летний день в лесу значительно прохладнее, а ночью теплее, чем на открытом месте.

В формировании благоприятного микроклимата существенную роль играет умеряющее влияние древесных пород на силу ветра, скорость которого они способны снижать в 7—11 раз. Густая изгородь из боярышника снижает скорость ветра с 2,3 до 0,4 м/с.

Зеленые насаждения приостанавливают движение горячих (летом) и холодных (зимой) ветров и распространение дымогарных газов. Полоса леса шириной 10—12 и высотой 15—17 м снижает скорость ветра в 2 раза на расстоянии от 200 до 600 м.

В лесу наибольшая скорость ветра — над кронами деревьев, ближе к кронам она уменьшается, внутри крон затухает, а у поверхности почвы приближается к нулю. Чем гуще лес, тем меньше скорость ветра. В сомкнутых древостоях в кронах она уменьшается до 30%, под кронами — до 0,7, а на высоте 2 м — до 6,3% по сравнению со скоростью над кронами. В сосновых древостоях скорость ветра внутри крон затухает слабее, чем в еловых. Доказано, что поздние и ранние заморозки в лесных массивах бывают реже и слабее, чем в окружающей лес местности. Температура воздуха в лесу отличается большей устойчивостью, чем в поле; максимумы и минимумы в лесу выражены менее резко.

Охрана воздушного бассейна — это одна из важнейших функций лесов.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.



Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: