CC BY
14
величина может использоваться для характеристики опасности комбинированного действия смеси пропионового альдегида и пропионовой кислоты.
Литература. Андреещева Н. Г.— В кн.: Методологические н теоретические вопросы гигиены атмосферного воздуха. М.. 1976. с. 70—72.
Андреещева Н. Г.— Гиг. и сан., 1977, № 8, с. 69—74.
Андреещева Н. Г., Пинигин М. А.— В кн.: Гигиенические аспекты охраны окружающей среды. М., 1978, вып. 6, с. 75—76.
Ван Вэнь-янь — В кн.: Ленинградский НИИ гигиены труда и профзаболеваний. Токсикологическая лаборатория. Сборник работ. Л., 1957, вып. 6, с. 42—60.
Гарибян Л. X.— В кн.: Гигиенические аспекты охраны гкружающей среды. М., 1979, вып. 7, с. 60—62.
Пинигин М. А.— В кн.: .Материалы научных исследований по гигиене атмосферного воздуха, гигиене воды н санитарной охране водоемов. М.. 1972, ч. 1, с. 4 —14.
Пинигин М. А.— В кн.: Фармакология. Химиотерапев-тическне средства. Токсикология. Проблемы токсикологии. М., 1974, т. 6. с. 83—120.
Ротенберг Ю. С., Клочкова С. И.. Машбиц Ф. Д. и др.— В кн.: Московская науч.-практ. конф. по проблемам
промыпленной гигиены. 24-я. Материалы. М., 1969, с. 68—70.
Щепетова Г. А,— Гиг. и сан., 1970, № 3, с. 96—98.
Поступила 05.05.81
Summary. Reflex effect thresholds for propionic aldehyde and propionic acid have been determined at 0,048 and 0.078 mg/m3, while no-effect concentration levels at 0.012 and 0.02 mg/m3, respectively. On the basis of «concentration-time» relationship, studies have been made of the continuous animal exposure to propionic aldehyde at concentrations of 1300, 500, 225, 100, 50, 10, 4 mg/m3, and to propionic acid at concentrations of 5000, 2000, 800, 100, 23 mg/m3. The data obtained from these studies permitted the author to establish the degree of toxicity and hazards caused by the test substances. The lowest no-effect concentrations in the exposure to aldehyde and acid have been calculated at 0.5 mg/m3 and 0.26 mg/m3 (respectively). However, no-effect concentrations determined by the reflex effect are lower than those by the resorptive effect; therefore MACS for propionic aldehyde and propionic acid have been determined on the level of 0.012 and 0.02 mg/m3, respectively. The combined effect produced by these substances has been studied; combined effect coefficient of 1.5 has been suggested for controlling the actual atmospheric air pollution level.
УДК 614.72:581.135.51
Л. И. Литвинова
РОЛЬ ЛЕТУЧИХ ФИТОНЦИДОВ РАСТЕНИЙ В ОЧИЩЕНИИ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА ОТ НЕКОТОРЫХ ТОКСИЧНЫХ ВЫБРОСОВ ПРЕДПРИЯТИЙ И АВТОТРАНСПОРТА
Киевский НИИ общей и коммунальной гигиены им. А. Н. Марзеева
В условиях все возрастающего промышленного производства и постоянного увеличения нагрузки на окружающую среду защита воздушного бассейна от загрязнения становится одной из важных народнохозяйственных проблем. Одним из ее аспектов является использование биологических свойств растительности в осаждении пыли, поглощении и нейтрализации токсичных газов.
Данные литературы и результаты собственных исследований (В. Ф. Сидоренко и соавт.; Г. М. Иль-кун; Е. С. Лахно и соавт.) подтверждают, что специальное озеленение санитарно-защитных зон (СЗЗ) промышленных предприятий и автотранспортных магистралей обеспечивает значительное снижение концентрации таких токсичных газов, как окись углерода (СО), сернистый газ (502), окись азота (N0) и др.
Способность растений очищать воздух от пыли и газов зависит от многих факторов: породного состава и полноты древостоев, ширины полос, формы и ажурности крон, наличия подроста и подлеска и др. При выборе породного состава учитывается избирательная способность различной дре-весно-кустарниковой растительности к усвоению вредных примесей и ее устойчивость. Большинство существующих рекомендаций по подбору видов растений для озеленения СЗЗ промышленных предприятий и придорожных территорий основаны в основном на газоустойчивости растений к определенным химическим загрязнителям атмосферы.
В последние годы в проблеме охраны окружающей среды все больше внимания уделяется фитонцидам растений. Лиственные и хвойные деревья выделяют в атмосферу огромное количество летучих фитонцидов — несколько килограммов за сутки на площади леса 1 га.
Что же происходит с летучими выделениями растений в биосфере? По этому поводу имеется несколько гипотез. Так, Went считает, что летучие выделения растений, в частности терпены, попадая в атмосферу, постепенно окисляются под воздействием УФ-излучения солнца. А. М. Гродзинский предполагает, что фитонциды растений очищают воздушный океан от загрязнений, осаждая, окисляя или нейтрализуя промышленные и автотранспортные выбросы.
Изучение химического состава летучих выделений растений сопряжено со значительными методическими трудностями, в связи с чем в литературе имеется незначительное число сообщений на на эту тему. Установлено, что количество летучих органических веществ растений изменяется в течение вегетационного периода, имеет суточную динамику, зависит от освещенности и климатических факторов (Г. И. Перышкина и соавт.).
Разработанный нами способ улавливания и накопления летучих фитоорганических соединений в лабораторных и натурных условиях и последующий масс-спектрометрический и химический анализ позволили определить качественный состав
летучих выделений растений, их количественную характеристику, а также некоторые стороны роли летучих фитоорганических соединений в очищении атмосферного воздуха от основных газовых компонентов выбросов топливной промышленности и автотранспорта (СО, 502, N02).
Качественный состав летучих выделений 60 изученных нами видов растений был примерно одинаков: спирты, фенольные соединения, альдегиды, эфиры, органические кислоты, терпены и циклические соединения. Количественное же содержание отдельных компонентов летучих фитоорганических соединений различалось в зависимости от породного и видового состава насаждений и сезона года.
В летучих выделениях лиственных растений преобладают спирты, эфиры и альдегиды, в хвойных — терпены. Масс-спектр летучих выделений растений особенно насыщен весной и в начале лета, т. е. в период наибольшей физиологической активности. Выделение фитонцидов хвойными растениями в зимнее время указывает на возможность сохранения ими газозащитной функции и в этот период года.
Обнаруженная аналогия в качественном составе масс-спектров летучих выделений поврежденных и интактных растений позволяет широко проводить эксперименты со срезанными растениями в лабораторных условиях.
Выполненные исследования позволили определить роль химической природы газа-загрязнителя при взаимодействии с фитонцидами древесно-кустарниковых насаждений. Так, окислы азота оказали наибольшее влияние на состав летучих выделений растений, уменьшая количество спиртов в выделениях лиственных пород растений и терпенов в выделениях хвойных пород. Менее активно действует на состав летучих фитонцидов СО и нейтрально проявил себя в наших исследованиях 50г. Но наибольший интерес представляет процесс влияния летучих фитонцидов на газ — загрязнитель атмосферы.
Выявить различные стороны взаимодействия летучих фитонцидов растений и токсичных газов возможно при применении современных чувствительных методов исследования. Такими методами в нашей работе были газовая хроматография и масс-спектрометрия. Биохимические исследования позволили определить некоторые стороны функционального нарушения в растениях, вызываемых токсичными газами.
Подбор для экспериментальных исследований ассортимента древесно-кустарниковых насаждений был основан на их фитонцидности, декоративности и газоустойчивости. Так, ассортимент растений для изучения их роли в очистке воздуха от СО был составлен из видов, потенциально способных к накоплению значительных количеств хлорофилла. Особое внимание уделялось теневыносливым растениям с относительно высоким содержанием хлорофилла. При подборе пород, перспективных для очистки воздуха от сернистого ангидрида,
исходили из условий их произрастания на почвах с нейтральной или слабощелочной реакцией.
В соответствии с изложенными принципами для экспериментальных исследований были выбраны следующие породы растений: каштан конский, липа мелколистная, клен остролистный, клен явор, клен полевой, тисс ягодный, айлант высокий и др.
Летучие фитонциды изученных видов древесно-кустарниковых растений снизили концентрации СО на 10—30%, БОа на 50—74%, окислов азота на 15—35%. Наиболее эффективными оказались следующие породы зеленых насаждений; клен ясе-нелистный и остролистный, липа мелколистная, айлант высокий, ель колючая, береза бородавчатая» граб обыкновенный, клен явор.
Активность зеленых насаждений в отношении химических загрязнителей атмосферы зависит от сезона года. Анализ газохроматографических исследований показал, что в сентябре — октябре лиственные деревья не оказывают заметного влияния на содержание в воздухе СО. Это, вероятно, связано с затуханием метаболических процессов. Хвойные же породы деревьев и кустарников в это время года более активны, они эффективно снижают концентрации СО.
Если газохроматографические исследования дали представление о количественном снижении концентраций газа, то масс-спектрометрические наблюдения позволили определить некоторые стороны реакции летучих фитоорганических соединений и токсичных газов. Так, при взаимодействии СО с фитонцидами растений изменяются масс-спектры летучих выделений растений, что можно трактовать как тенденцию к уменьшению под влиянием СО некоторых кислородсодержащих продуктов и диенов.
При воздействии окислов азота в масс-спектре растений снижается концентрация спиртов и возрастает количество альдегидов и фуранов, что, возможно, объясняется окислительными свойствами данного загрязнителя.
Масс-спектрометрическому анализу были подвергнуты вещества, в присутствии которых снижается концентрация 50г (линалоол, линалилаце-тат, а-пинен, р-пинен, фитонциды ели колючей и можжевельника казацкого). При этом установлено появление во всех случаях пика 109, который, вероятно, представляет собой продукт взаимодействия фитонцидов и 502. В отношении пика 109 известно, что он встречается в масс-спектрах некоторых сернистых соединений, таких, как тио-фенол, винилптофен и 1-винилптофен. Образование этих продуктов вероятно, так как в газовоз-душной смеси имеются пары чистой серы и ароматические вещества, для которых характерны реакции замещения. Следовательно, при взаимодействии летучих выделений растений и БО., образуются менее токсичные соединения.
Проведенные биохимические исследования позволили подтвердить существование предполагаемой корреляции между воздухоочистительными
свойствами растений и количественной и качественной характеристикой его пигментной системы. Это легко объяснимо, так как химические загрязнители, попадая из атмосферы в ткани растений, локализуются прежде всего в хлоропластах — органел-лах, являющихся местом нахождения фотосинте-тическнх пигментов растений, хлорофиллов и ка-ротиноидов. Объем хлоропластов в этой связи должен играть не последнюю роль в поглощении и нейтрализации растениями вредных токсичных веществ из воздуха. Важную роль в переработке и детоксикации атмосферных загрязнителей играют также богатые энергией соединения и восстановленные кофакторы, которые также образуются в ходе функционирования хлоропластов. Для осуществления биохимических реакций нужна энергия. а хлоропласты и содержащиеся в них фотосинтетические пигменты как раз и выполняют роль световых энергетических антенн растительного организма.
Проведенные нами исследования позволили получить предварительные данные о снижении концентрации СО в присутствии гомогенатов некоторых лиственных и интактных побегов хвойных и лиственных древесно-кустарниковых пород. Согласно литературным данным, окисление СО до С02 го-* могенатом листьев зависит от наличия в гомогенате восстановленных кофакторов типа НАД-Н2, которые образуются в хлоропластах в ходе фотохимических реакций фотосинтеза. В связи с этим можно было предположить неодинаковую способность растений окислять СО до С02 с последующей его метаболизацией, так как различные растения содержат неодинаковое количество хлорофиллов а и Ь, по-разному реагируют на тепло и свет, требуют различных почвенно-климатическнх условий и в одинаковых условиях имеют различную интенсивность фотосинтетнческнх реакций. Нужны были дальнейшие исследования для выявления расте-0 ний — метаболизаторов СО. Ими оказались тенелюбивые виды — тисс ягодный, граб обыкновенный, самшит вечнозеленый, дерен красный, некоторые виды клена. Особенно активным оказался тисс ягодный, который является самым теневыносливым из известных у нас растений.
Закономерности, отмеченные для растений — метаболизаторов СО, — оказались сходными и при воздействии на растения окислов азота. В этих опытах также более успешно снижали концентрации токсичных газов растения-тенелюбы. Совпадение реакции растений на загрязненность воздуха окислами азота и СО позволяет рекомендовать теневыносливые породы для озеленения примагист-ральных территорий, мест возле автогаражей и автотранспортных предприятий. Это липа мелколистная и крупнолистная, клен остролистный, Ф явор и полевой, граб обыкновенный, тисс ягодный, калина гордовина, бересолет бородавчатый, дерен красный и сибирский, лещина, бирючина обыкновенная, бересклет японский, лавровишня, падуб, самшит вечнозеленый, бузина черная, а также по-
лутеневыносливые — липа войлочная (серебристая), дуб каменный, рябина обыкновенная, черемуха обыкновенная, соста веймутова, ольха черная и серая, акация желтая, бузина красная, жимолость татарская, скумпия, чубушник садовый, клен татарский.
Что же касается нейтрализации 502, то здесь четкой зависимости между содержанием пигментов, степенью светолюбия и способностью нейтрализовать БОо не обнаружено. Видимо, это объясняется существованием противоречия между содержанием пигментов и объемом хлоропластов, с одной стороны, и содержанием катионов, солестойкостью, способностью нейтрализовать кислоты — с другой. Дело в том, что значительное содержание фотосинтетических пигментов, особенно каротиноидов и хлорофилла Ь, характеризующие теневыносливые породы и важные при нейтрализации аэротоксинов, как правило, часто коррелирует с произрастанием на кислых почвах, а в связи с этим — с бедностью катионами, а также рыхлостью тканей листьев (значительной долей губчатой паренхимы), менее выраженной способностью нейтрализовать кислые газы. Поэтому при рекомендации озеленения территории и СЗЗ предприятий, выбрасывающих в атмосферу значительные количества БО^ (ГРЭС, ТЭЦ), следует отдавать предпочтение растениям, произрастающим в естественных условиях на нейтральных или слабощелочных почвах, таким, как гледичия трехколючковая, робиния обыкновенная, альбиция ленкоранская, береза бородовчатая, ясень обыкновенный, софора японская, шелковица белая и черная, вяз приземистый, бархат амурский, клен ясенелистный, орех грецкий, тополь черный и белый, осина, дуб обыкновенный, гребенщик (тамарикс), лох узколистный, амффа, ла-бурнум обыкновенный (ракитник «золотой дождь»), спирея иволистная, можжевельник казацкий, ель колючая, айлант высокий.
Планировочная организация озеленения СЗЗ зависит от класса вредности, состава и концентраций токсичных газов, природно-климатических особенностей местности, архитектурных и экономических требований и местных традиций озеленения.
При проектировании защитных древесно-кустарниковых насаждений особенно важно правильно выбрать конструкцию полос.
Густая непродуваемая конструкция зеленых насаждений способствует постоянному накоплению газообразных примесей. Такая посадка нежелательна в районе промышленных предприятий, выбросы которых особенно вредны для растительности (сернистый и серный ангидриды, сероводород, серная, азотная, фтористая и бромистая кислоты, хлор, аммиак, фенолы). Это связано как с повреждением растений токсичными газами, так и с неспособностью «переработать» их при постоянном поступлении в больших концентрациях.
Густые непродуваемые конструкции можно планировать в СЗЗ предприятий, которые выделяют в
атмосферу малотоксичные выбросы в небольших концентрациях.
Намного эффективнее в районе промышленных предприятий I класса полоса ажурной конструкции. Примерно 40 % набегающего на такую полосу потока просачивается через своеобразный фильтр из листьев и ветвей.
Имеет значение и сомкнутость полога крон. Насаждения, верхняя часть которых плотная, а нижняя продувается ветром, вызывает незначительное турбулентное перемешивание воздуха, однако в нижней части между стволами довольно быстро проходят воздушные массы, в результате чего не используются фильтрующие свойства листьев. Вертикальная сомкнутость крон должна составлять около 0,6.
Исследования в аэродинамическом дымовом канале объемных моделей полос различной формы поперечного сечения показали, что наибольшие перемешивания воздушных потоков дает прямоугольная форма, меньше — треугольная. Поэтому для полос СЗЗ, задача которых — способствовать рассеиванию и перемешиванию выбросов, наиболее подходит прямоугольная форма поперечных сечений, а для полос, предназначенных для осаждения аэрозолей в виде тумана и пыли, — треугольная.
Эффективность влияния полосы зеленых насаждений зависит и от высоты. Чем выше полоса зеленых насаждений, тем дольше и значительнее ее влияние на верхние слои воздуха. Поэтому в СЗЗ целесообразны высокие полосы из быстрорастущих деревьев.
Зеленые насаждения должны быть эффективны как зимой, так и летом, поэтому в состав зеленых насаждений желательно включать хвойные породы деревьев и кустарников.
При проектировании плотных непродуваемых полос озеленения СЗЗ планируют ее шириной 22— 25 м из 7—8 рядов деревьев и кустарников с расстоянием между ними 1—3 м. Ширина ажурных полос должна быть 26—32 м и состоять из 7—10 рядов деревьев и кустарников с промежутком между деревьями 4—12 м и более. Просветы в ажурной полосе должны составлять 35% ее объема.
Структуру озеленения придорожных территорий определяют с учетом интенсивности движения и состава потоков автотранспорта, т. е. возможной концентрации токсичных соединений выхлопных газов в атмосферном воздухе.
Выводы. 1. Проведенные исследования позволили доказать способность летучих фитоорга-ническнх соединений древесно-кустарниковых растений снижать концентрации токсичных газов в воздухе. Эффект воздействия зависит от породы деревьев и кустарников, сезона года, времени взаимодействия.
2. Для очистки воздуха, загрязненного окислами азота и СО, перспективны породы деревьев и кус- ^ тарников, отличающиеся повышенной тенеустой-чивостью и способные в значительных количествах содержать фотосинтетические пигменты. В местах выбросов SO., следует высаживать древесно-кустар-никовые породы, характеризующиеся способностью к произрастанию на нейтральных и слабощелочных почвах.
3. Планировочная организация озеленения СЗЗ промышленных предприятий и придорожных территорий должна осуществляться как с учетом вредности, состава и концентрации токсичных газов, природно-климатических особенностей местности, так и с применением видов древесно-кустарниковых насаждений, газоустойчивых и активно очищающих воздушный бассейн от газообразных и аэрозольных примесей.
Литература. Гродзинский А. М.— В кн.: Фитонциды. (Экспериментальные исследования, вопросы теории и практики). Киев. 1975. с. 32—39. Илькун Г. М,— Вести. АН УССР. 1973, № 7, с. 92—98. ЛахноЕ.С., Литвинова Л. И.. Олейникова А. Я и др.— В кн.: Гигиена окружающей среды. Киев, 1979, с. 24 — 26.
Перышкина Г. И., Степень Р. А.— В кн.: Фитонциды. (Экспериментальные исследования, вопросы теории и практики). Киев. 1975, с. 81—84. Сидоренко В. Ф., Кириллов Г. Г.. Фельдман Ю. Г.—
Гиг. и сан., 1973, ,Ns 10. с. 6—8. Went F. W.— Proc. nat. Acad. Sci. USA, 1962, v. 48. p. 3—5.
Поступила 12.05.81
Summary. The capacity of volatile phytoorganic plan !»
compounds to decrease atmospheric air concentrations of carbon monoxide, sulfur dioxide and nitrogen oxides has been proved experimentally. The relationship between phy-toncide air purification ability of woody-bushy plants and a specific kind of trees and bushes, season of the year and time of interaction has been established. The interaction of sulfur dioxide and volatile phytoncides of plants has been shown to produce less toxic intermediate and end products. Concrete recommendations have been made on planting trees in the zones of industrial and vehicular pollution.
%
