Проблема загрязнения окружающей среды человеком, по мнению многих ученых, стала в последнее время одной из наиболее актуальных.
Ученые предупреждают: бесконтрольная и бездумная хозяйственная деятельность человека может сделать со временем нашу планету непригодной для обитания человека и всего живого. Бурное развитие энергетики, промышленности, градостроительства и автотранспорта и связанное с этим все возрастающее потребление сырья и топлива с повышенным содержанием вредных веществ резко усиливает загрязнение окружающей среды. Этот процесс получил глобальное распространение. Прогрессирует загрязнение водоемов, деградация почв, учащаются случаи массовой гибели лесов под влиянием так называемых кислотных дождей и других вредных промышленных эмиссий. Эти процессы проявляются и в ряде районов нашей страны: возле больших промышленных предприятий местами появились крупные очаги отмирающих и поврежденных насаждений.
Научные исследования показывают, что загрязнение воздуха — один из значительных современных стрессов, который испытывают лесные экосистемы. Следствием стресса загрязнения воздуха следует признать не столько быструю гибель лесов в непосредственной близости от источников, сколько постепенные незаметные изменения метаболизма и видового состава на огромных площадях в течение длительного времени.
Все это ставит перед учеными и производственниками сложные проблемы изучения загрязнения атмосферного воздуха, разработки новых технологических процессов, обезвреживания эмиссий, познания процесса расстройства лесных экосистем, повышения их устойчивости и продуктивности. В этой связи поставлен вопрос об организации в СССР мониторинга — слежения за состоянием лесов. Программа и методика мониторинга, очевидно, должны базироваться на закономерностях отклика древесной растительности на воздействие вредных эмиссий.
Приоритетными примесями атмосферы, повреждающими леса и странах с развитой промышленностью, являются соединения серы, фтора, хлора, нитрозные газы, выхлопные газы автомобильного транспорта и пылевидные выбросы. Главное токсичное вещество — двуокись серы (SO2). Этот бесцветный, с резким запахом газ образуется при сжигании топлива, содержащего серу, и при обжиге сернистых руд, в атмосферу выбрасывается коксохимическими и металлургическими заводами и целлюлозно-бумажными предприятиями. Концентрация SO2 свыше 0,4 мг/м3 даже при кратковременном воздействии может вызвать тяжелые нарушения ассимиляции хвойных пород и некрозные изменения. Небольшое количество (около 5 %) SO2 окисляется в атмосфере, превращаясь в серный ангидрид (SO3), который под воздействием влажного воздуха преобразуется в серную кислоту. Туман или влажный воздух, содержащий серную кислоту, чрезвычайно опасен для флоры и фауны.
Из других производных серы токсическими свойствами обладают сероводород (H2S) и органические сульфиды, находящиеся в сосите отработанных газов сульфатно-целлюлозной промышленности, при производстве кокса, переработке нефти и природных газов. Сероводород относится к группе клеточных и ферментных ядов, выпивающих тяжелые отравления животных и растений, однако растения к нему более стойки, чем к двуокиси серы.
Соединения фтора в виде фтористого водорода (HF) и четырехфтористого кремния (SiF4), в виде пыли фторида натрия или калия в составе отработанных газов выбрасываются в атмосферу заводами по производству алюминия, кирпича, керамических изделий, фосфатных удобрений, при выплавке стали и сжигания угля. Соединения фтора даже в небольших концентрациях (до 10 мг/м3) обладают очень сильным токсичным воздействием на растения и животных, в том числе насекомых.
Хлор (Сl2) и хлористый водород (НСl) наносят растительности сильные повреждения. Элементарный хлор и хлористый водород применяются при производстве пластмасс и инсектицидов. Эмиссии соляной кислоты встречаются на предприятиях при изготовлении калийных солей. Пары хлора и хлористого водорода быстро оседают на землю и поэтому поражают флору и фауну только вблизи источника эмиссии.
Нитрозные газы — смесь окиси азота (NO), двуокиси азота (NO2), триокиси (N2O3) и получетырехокиси азота (N2O4) появляются в атмосфере как побочные продукты химических процессов при получении азотной и серной кислот, нитровании органических соединений, производстве нитратных удобрений, входят в состав отработанных газов автотранспорта. При воздействии нитрозных газов незначительных концентраций на хвое и листьях появляются частично цветовые изменения, а при кратковременном воздействии больших доз вызывается ухудшение эпидермы растений.
Отрицательное воздействия на растительность аммиака (NH3) чаще всего проявляется в непосредственной близости от мест содержания сельскохозяйственных животных. Хвойные деревья повреждаются в результате разложения мочевины и мочевой кислоты или при сжигании нечистот, содержащих аммиак. Пораженная хвоя принимает красно-бурую окраску и опадает. Другими источниками попадания в атмосферу аммиака могут быть коксохимические заводы и предприятия по производству азотных удобрений и мочевины.
Выхлопные газы автомобильного транспорта загрязняют леса вдоль дорожных магистралей. Токсическими компонентами выхлопных газов являются фумиганты окиси углерода, нитрозные газы, ненасыщенный водород и их фотохимические продукты реакции, а также полициклические ароматические углеводороды, сажа и др. Выхлопные газы, как правило, вызывают локальные ослабления и усыхания насаждений в местах застойных воздушных тупиков, обусловленных рельефом. В равнинной местности это обычно лощины разной конфигурации. Эффект застойности воздушных масс может усиливаться определенной структурой древостоя.
К загрязняющим атмосферу и почву веществам относятся также пылевидные выбросы. При сжигании каменного угля в атмосферу выбрасывается летучая зола, воздействующая в основном на ассимиляционный аппарат растений. Цементная пыль представляет собой смесь минералов, содержащих калий, кальций и алюминий. Разрушающе действуя на хвою и листья, пыль снижает прирост и, как следствие этого, продуктивность насаждений. Вблизи предприятий цветной металлургии скапливается пыль, содержащая частички металлов. Скопление окиси свинца и цинка в верхних слоях почвы вызывает нарушение деятельности корневых систем, может привести к ослаблению и усыханию деревьев. Осевшие на растениях свинцовые соединения могут служить причиной отравления растительноядных животных.
Эффект вредного воздействия промышленных выбросов на лес особенно сильно проявляется в районе комплексов промышленных предприятий, дополняемых мощными ТЭЦ. В этих случаях ядовитые вещества в воздушной среде образуют сложные соединения, поражающие одновременно разные органы растений и животных.
Значительный урон лесам могут нанести аварийные выбросы даже относительно небольших промышленных предприятий, при которых концентрация загрязняющих веществ, поступающих в атмосферу, возрастает.
Влияние выбросов в большей мере распространяется в направлении господствующих ветров, усиливается или снижается в зависимости от климатических условий, рельефа местности, породного состава и возраста насаждений.