Бобовое растение травит людей озоном

Бобовое растение кудзу (Pueraria Montana, пуэрария дольчатая) попало на территорию США и Канады в начале XX века. Министерство сельского хозяйства бесплатно распространяло его ростки, чтобы предотвратить эрозию и выветривание почв. Через некоторое время стало ясно, что от кудзу практически невозможно избавиться. Растение слишком быстро набирает вегетативную массу: за лето лиана удлиняется на несколько десятков метров. Его корни проникают глубоко в почву и почти в любом месте находят воду. Лиана кудзу оплетает брошенные дома, машины и ЛЭП так, что они становятся единой частью ландшафта. Иногда против него используют дорогостоящие гербициды. Но лишь в тех случаях, когда растение угрожает жизни людей.

Как и все бобовые, кудзу обладает азотфиксирующими свойствами. То есть лиана переводит атмосферный азот в усваиваемую живыми организмами форму. В молекулярном азоте (N₂) связи между атомами слишком крепкие, поэтому живые организмы не в силах «перегрызть» их. Но бобовые переводят молекулярный азот либо в амины, либо (чаще) в соли аммония. А они уже легко вовлекаются в круговорот азота.

Научный сотрудник кафедры экологии и эволюции из Университета Стони Брука (Stony Brook University) Джонатан Хикман (Jonathan E.Hickman) и его коллеги исследовали азотфиксирующую активность кудзу. И как она влияет на химический состав атмосферы.

В Европе и США принято оценивать «качество воздуха», которое зависит от содержания в нем озона, взвешенных частиц и оксидов азота, серы и углерода. Победителями в чемпионате по «порче воздуха» более 20 лет остаются озон и взвешенные частицы -- пыль. В синтезе озона участвуют в числе прочих оксиды азота, а их концентрация в воздухе вполне может зависеть от активности азотфиксирующих растений.

Именно такую теорию ученые и проверяли в округе Мэдисон (штат Джорджия, США). Для начала они сравнили уровень азота в почвах, заселенных бобовым растением и свободных от Пуэрарии. «Кудзу обладает способностью фиксировать азот. Соответственно, концентрация элемента в почве должна быть несколько превышена», -- говорит Джонатан Хикман.

Оказалось, что концентрация азота не «несколько превышена», а в десять раз превышает концентрацию азота в незасоренных лианой землях. Уровень нитрификации (окисление аммиака до нитрит-аниона) увеличен в пять раз. Соответственно, за счет избыточного содержания азота в почве эмиссия оксидов азота выросла вдвое. Так пуэрария ускоряет круговорот азота в природе, за счет чего летом концентрация озона в тропосфере южной части США повышается.

Чем опасен избыток озона

Озон в той или иной концентрации присутствует во всех слоях атмосферы. В стратосфере, на высотах 15-50 км, он выполняет роль «щита», который защищает от УФ-излучения. Частично стратосферный озон поступает в тропосферу, где доходит до уровня нашего носа. Но есть в воздухе и «местный», а не «спустившийся с небес» озон. Он образуется в цепочке реакций, первая из которых -- фотохимическое разложение диоксида азота.

Тропосферный озон, в отличие от стратосферного, не защищает от УФ-излучения -- его для этого слишком мало. Как сильнейший окислитель, он просто сжигает все на своем пути -- микроорганизмы, растения, грибы... У человека и животных избыток тропосферного озона вызывает раздражения слизистых оболочек, болезни дыхательных путей, приступы астмы.

Ученые и санитарные врачи оценивают пригодность воздуха по количеству дней в году, когда концентрация озона превышала ПДК. В Москве таких дней обычно бывает три-пять, причем не каждый год. В 2002 году, когда стояла немыслимая жара и горели торфянники, таких дней было около десяти. В исследовании отмечается, что в некоторых районах штата Джорджия в летний период количество таких дней превышает десять, а иногда достигает двадцати. Показательно то, что концентрация превышает ПДК локально -- лишь на засоренных растением территориях.

Даже автотранспорт как источник азотного загрязнения отошел на второй план по сравнению с лианой кудзу. Так, с 1990 года произошло общенациональное снижение выбросов оксидов азота от автомобилей на 33%. Исключением из правила стала южная часть страны, где основным источником атмосферного загрязнения выступает пуэрария, а не автотранспорт. В этих районах уровень азотного загрязнения вырос вдвое.

Авторы работы пришли к выводу, что контролировать растение нужно на государственном уровне -- законодательно. Экологи намерены выносить приговор по всей строгости -- приговаривать кудзу к смертной казни.

Результаты исследования, которое прошло в 2007 году, ученые опубликовали в статье Kudzu (Pueraria Montana) invasion doubles emission of nitric oxide and increases ozone pollution 17 мая 2010 года в журнале PNAS.

Озон в России

«Мониторинг приземного озона -- неотъемлемая часть охраны здоровья. Непонятно почему, но в России не принято предупреждать об озоновом загрязнении и сопутствующей опасности, хотя в западных странах, где таких эпизодов больше, подобная «тревога» не воспринимается как катастрофа, и люди просто избегают ненужного пребывания на улице», -- рассказал корреспонденту Infox.ru заведующий лабораторией системного анализа отдела озонного мониторинга Центральной аэрологической обсерватории Росгидромета Анатолий Звягинцев. «Тропосферный озон относится к числу наиболее опасных соединений, -- подчеркнул ученый. -- Небольшое превышение содержания озона в тропосфере угнетает растения, вызывает их гибель и провоцирует заболевания дыхательных путей».

Анатолий Звягинцев отмечает, что проблема порождена не только инвазивным растением, но и условиями, в которых оно находится. Дело в том, что фотохимические реакции, которые инициируют оксиды азота, интенсивно протекают лишь при температуре не ниже 28°С. Поэтому, например, будь в Москве летом температура повыше, озон вполне мог бы избыточно синтезироваться и здесь. Впрочем, ученый уверен, что подобные проблемы могут возникнуть и в России, например в южной ее части: «Солнце, повышенная температура и слабый ветер создают условия для фотохимической реакции и образования озона. Как правило, вокруг находится необходимое количество оксидов азота, которые попадают в природу от различных источников. В том числе в результате жизнедеятельности организмов», -- говорит Анатолий Звягинцев.