Kurkime ateitį drauge!

Dr. Artūras Gedminas, prof. habil. dr. Remigijus Ozolinčius

Lietuvos miškų institutas

OZONAS - MIŠKO DRAUGAS AR PRIEŠAS?

 

 

„Gerasis“ ir „blogasis“ ozonas

Chemijos vadovėliuose rašoma, kad ozonas - tai bespalvės dujos, esant labai didelėms koncentracijoms, turi gana aštrų specifinį kvapą, kuris geriausiai jaučiamas po audrų su žaibais, užuodžiamas apie aukštos įtampos linijas. Ozonas sudarytas iš trijų deguonies atomų (O3). Jis lengvai skyla atiduodamas vieną atomą ir sudaro stabilesnį junginį – deguonies molekulę (O2):

O3  O2 + O•

Būtent tokia nestabili ozono struktūra lemia tai, jog ozonas dalyvauja daugelyje cheminių reakcijų. Nuo ozono molekulės atskilęs deguonies atomas prisijungia prie kitų junginių ir pakeičia jų cheminę sudėtį.

Ozono yra visur – tiek žemutiniame  atmosferos sluoksnyje, t.y. troposferoje, tiek stratosferoje (apie 40 km aukštyje nuo Žemės paviršiaus). Stratosferoje esantis ozono sluoksnis saugo mūsų planetą nuo žalingų ultravioletinių spindulių (turbūt visi girdėjote apie ozono skyles ir apie tai, kad plonėjantis stratosferoje mums grasina globaliniu klimato atšilimu). Tai “gerasis” ozonas,. Gi priežemio, arba troposferos, ozonas yra vienas iš labiausiai paplitusių antrinių teršalų. Nors troposferoje yra tik apie 10% viso atmosferos ozono kiekio, tačiau didelės priežemio ozono koncentracijos 0-2 km aukštyje virš žemės paviršiaus, kasmet tampa vis aktualesne problema, nes troposferos ozonas gali neigiamai veikti visus gyvus organizmus – augalus, gyvūnus, žmones. Tai „blogasis“ ozonas.

  

Antrinis teršalas

Priežemio ozonas vadinamas antriniu teršalu, nes pasigamina atmosferoje fotocheminių reakcijų metu iš kitų junginių - savo pirmtakų. Esant ultravioletiniam spinduliavimui, grandininių reakcijų metu ozonas susidaro iš azoto dioksido, anglies monoksido ar sieros dioksido (pirminių teršalų), lakių organinių junginių bei vandens garų. Didžiausios ozono koncentracijos būna vasaros metu vidurdienį, kuomet daugiausiai saulės šviesos, kuri yra būtina ozono susidarymui. Todėl didelės ozono koncentracijos stebimos kalnuose, kur palankios apšvietimo sąlygos. Miškuose ozono koncentracija dažnai yra didesnė nei atvirose vietose. Tai paaiškinama tuo, kad medžiai išskiria angliavandenilius (terpenus). Terpenai, veikiami saulės šviesos, aktyviai dalyvauja ozono susidarymo procese.

Mokslininkų stebėjimai rodo, jog ozono kiekis troposferoje per paskutiniuosius 50 metų padvigubėjo. Didžiausias troposferos ozono koncentracijos augimas Europoje buvo 1940-1960 m. laikotarpiu, kuomet keturgubai išaugo ozono pirmtakų (automobilių išmetamųjų dujų, pramonės teršalų) koncentracijos. Įvedus automobilių katalizatorius, maksimali ozono koncentracija Vakarų Europoje ir JAV sumažėjo, tačiau Pietų ir Rytų Europoje bei Azijoje ji vis dar auga. Foninė ozono koncentracija šiuo metu svyruoja nuo 20 iki 80 μg/m3 (pastaroji koncentracija būdinga kalnuotoms vietovėms). Tokia koncentracija nėra pavojinga, nes ir augalai, ir gyvūnai prie jos yra prisitaikę. Vidutinė paros 120 μg/m3 ozono koncentracija laikoma didžiausia leistina (DLK). Šveicarijos matavimų stoties duomenimis, didesnė nei leidžiama (120 μg/m3) ozono koncentracija išsilaiko nuo 300 iki 600 valandų per metus. Lietuvoje tokia koncentracija taip pat vertinama kaip labai didelė ir stebima 3 % laiko per metus. Tyrimai rodo, kad ozono lygio didėjimą Lietuvoje didžiausia dalimi lemia užterštos oro masės iš kitų valstybių..

 

Kodėl ozonas augalams kenksmingas?

 Į augalus ozonas patenka kartu su oru per lapų žioteles. Jam transformuojantis, susidaro laisvieji radikalai - įvairūs ląsteles žalojantys junginiai. Jie ardo membranas, pigmentus. Mažos ilgalaikės ozono dozės daugiausiai paveikia fiziologinius procesus ir maistmedžiagių apykaitą, o didelės trumpalaikės - sukelia audinių pažeidimus. Todėl dažniausi ozono pakenkimai - susilpnėjęs fotosintezės procesas, sulėtėjęs augimas, šaknų ir antžeminės dalies biomasės sumažėjimas, padidėjęs augalų jautrumas ligoms bei kenkėjams, senėjimo procesų suintensyvėjimas, defoliacija, o taip pat lapų pigmentacija, chlorozė ir nekrozė..

Nedidelė ozono koncentracija ypač slopina jautrių augalų (ankštinių, javų) vystymąsi ir augimą. Apibendrinus literatūrinius duomenis, galima spėti, kad Lietuvoje dėl ozono poveikio grūdinių kultūrų derlius sumažėja 5-10 %. Panašūs turėtų būti ir medienos nuostoliai Lietuvos miškuose.Pirmą kartą mažų taškelių ant javų ir daržo augalų lapų atsiradimo priežastimi aukštos ozono koncentracijos buvo identifikuotos 1944 m. Los Angelo miesto apylinkėse (JAV). Netrukus tokie taškeliai buvo pastebėti ir ant pušų augančių San Bernardino kalnuose. Vėliau tokie pažeisti spygliai nukrito, kol galų gale, po žievėgraužio invazijos 1970–ais, pušys žuvo. Kaip augalams toksiškas junginys ozonas buvo pripažintas 1950-60 m. Šiaurės Amerikoje, nuo 1980-ųjų Vakarų Europoje, o nuo 1990 m. - Viduržemio regione. Prognozuojama, kad 2100 metais 49 % visų pasaulio miškų bus veikiami pažeidimus sukeliančio troposferos ozono. Kadangi ozonas į augalus patenka per žioteles, todėl didžiausią jo dozę augalai gauna šviečiant saulei ir esant vidutinėms temperatūroms. Jei temperatūra per aukšta ar per žema, žiotelės užsidaro, ir ozono patekimas sumažėja arba visai nevyksta. Kai kurios medžių rūšys (skirtingai nuo javų) ozoną absorbuoja ir šiltomis naktimis esant prieblandai. Visumoje ozono sukeltų pažeidimų gausą lemia: 1) ozono kiekis, patekęs į augalo lapą, 2) augalo jautrumas, 3) aplinkos sąlygos, 4) ozono koncentracijos aplinkoje.

 

Fagus sylvatica
 
Fagus sylvatica
 

Ozono sukelti buko lapų pažeidimai - rudi taškeliai ir bronziškumas. Šveicarija (nuotraukos M. Schaub, K.Novak).

 

Esant palankioms oro sąlygoms ir 120 µg/m3 ozono koncentracijai išsilaikius daugiau nei 14 dienų, matomi jautrių augalų pažeidimai. Tai smulkūs violetiniai-raudoni, geltoni ar juodi taškai, dėmelės arba tolygus lapo paraudimas.

 

 

Kaip identifikuoti ozono pažeidimus?

Ozono sukelti pažeidimai pirmiausiai pastebimi ant senesnių, subrendusių lapų tarpgyslių (ant lapų gyslų jų nėra). Minėti simptomai pasireiškia tik ant tos lapo dalies, kuri būna apšviesta. Dažniausiai būna pažeista tik viršutinė lapo dalis. Be to, ant lapo dalies, patenkančios į šešėlį (kai vienas lapas uždengia kitą), tokių pažeidimų nėra (“šešėlio efektas”).

Ozono sukeltus pažeidimus nėra lengva identifikuoti. Jie gali būti sumaišyti su kitų veiksnių (pvz., vabzdžių, erkių, grybų, sausros) pažeidimais. Be to,  ozono sukeltiems pažeidimams lengva klaidingai priskirti su lapų senėjimu susijusius natūralius pokyčius, todėl vizualių ozono pažeidimų nustatymas reikalauja didesnio patyrimo.  Tam organizuojami tarptautiniai kursai ar vasaros stovyklos, kurių metu įvairių šalių specialistai dalijasi savo patirtimi.

 

Kad būtų lengviau nustatyti ozono sukeltus lapų pažeidimus,

   
     

Viršutinė ir apatinė ozono paveikto  lapo pusės. (A.C. Hill, H.E. Heggestad, S.N. Linzon nuotr.).

 

Nuo saulės uždengta lapo dalis lieka nepažeista (“šešėlio efektas”). (M.J. Sanz, V. Calatayud nuotr.).

mokslininkai sukūrė supaprastintą ozono pažeidimų identifikavimo schemą.  

  

 

 
 

Ozono sukeltų lapijos pažeidimų nustatymo schema (pagal Innes et al., 2001)

  

Kokie miško augalai jautriausi?

Priežemio ozono problema iki šiol daugiausiai buvo būdinga pietinėms Europos šalims. Nuo 1993 metų Šveicarijoje, Ispanijoje ir kitose Europos valstybėse buvo nustatyta daugiau nei 100 ozonui jautrių augalų rūšių, tačiau šis sąrašas nebaigtas. Identifikuojant ozono pažeidimus, ypač didelis dėmesys atkreiptas į ozonui jautrias rūšis. Remiantis literatūriniais duomenimis, mokslininkai sudarė preliminarų jautrių Lietuvos miško augalų sąrašą. Į sąrašą pateko 31 medžių ir krūmų rūšis bei 17 daugiamečių žolinių augalų rūšių. Pasirodė, kad ozonui jautriausi galio būti tokie Lietuvos miškuose augantys medžiai: gluosniai, baltalksniai, uosiai, klevai, liepos. Iš krūmų jautriausios avietės ir gervuogės. Tarp žolinių augalų „pirmauja“ siauralapis gaurometis.

Medžiai ir krūmai

Žoliniai augalai

Rubus  (avietės, gervuogės)

Epilobium angustifolium  (siauralapis gaurometis)

Salix  (gluosniai)

Trifolium pratense  (raudonasis dobilas)

Viburnum opulus  (paprastasis putinas)

Plantago  (gysločiai)

Alnus incana  (baltalksnis)

Convolvulus arvensis  (dirvinis vijoklis)

Fraxinus excelsior  (paprastasis uosis)

Conyza canadensis  (kanadinė konyza)

Frangula alnus  (paprastasis šaltekšnis)

Artemisia vulgaris  (paprastasis kietis)

Acer platanoides  (paprastasis klevas)

Oenothera biennis  (dvimetė nakviša)

Tilia cordata  (mažalapė liepa)

Rumex obtusifolius  (bukalapė rūgštynė)

Cornus  (sedulos)

Stachys officinalis  (vaistinė notera)

Corylus avellana  (paprastasis lazdynas)

Lamium  (notrelė)

 

Ozono pažeidimai Lietuvos miškuose

2002 m. vasarą Lietuvos miškų institutas pradėjo pirmuosius ozono sukeltų pažeidimų Lietuvos miškuose tyrimus. Tam Lietuvos teritorija buvo suskirstyta į 25 kvadratus. Kiekviename kvadrate pagal specialią Europos miškų monitoringo sistemoje naudojamą metodiką pietinėse pamiškių pusėse buvo įrengti augalijos stebėjimo ploteliai.

Pažeidimų, panašių į ozono sukeliamus, rasta ant 9 krūmų ir medžių bei 1 žolinių augalų rūšies. Pasikonsultavus su Šveicarijos specialistais, pažeidimai ant paprastosios avietės, blindės, baltalksnio ir paprastojo šaltekšnio patvirtinti kaip ozono sukelti. Pažeidimai pasireiškė tolygiu lapų paraudonavimu (ant avietės) ir kaip smulkūs violetiniai-raudoni, rusvi ar juodi taškai (ant baltalksnio, blindės ir šaltekšnio).

 

 
     

Ozono sukelti augalų: a – paprastoji avietė (Ignalinos raj.); b - baltalksnis (Šakių raj.)

 

Daugiausiai pažeidimų rasta ant avietės lapų (6 ploteliuose). Priminsime, kad paprastoji avietė literatūroje nurodoma kaip viena iš jautriausių ozonui rūšių. Ozono pažeistų augalų rasta beveik visoje Lietuvos teritorijoje. Visi pažeidimai nustatyti ant lapuočių medžių ir krūmų.

Taigi tokie pažeidimai Lietuvoje nustatyti pirmą kartą. Lietuva Europos žemėlapyje prisijungė prie tų šalių, kuriose jau esama ozono pažeistų augalų.

Ką rodo tyrimai mokslininkų laboratorijose?

Ozono problema dėl didėjančių automobilių srautų, ypač Lietuvai įstojus į ES, gali tapti vis aktualesne. Todėl mokslo visuomenė jau dabar tam skiria didžiulį dėmesį. Bendradarbiaujant su VDU, LŽŪU, Botanikos, Lietuvos Žemdirbystės bei Lietuvos sodininkystės ir daržininkystės institutų mokslininkais, vykdyta Mokslo ir studijų fondo finansuojama programa “Antropogeninių klimato ir aplinkos pokyčių kompleksinis poveikis miškų ir agro ekosistemų augmenijai” (APLIKOM). Šios programos metu, be aplinką rūgštinančių junginių poveikio augalijai, nagrinėti ozono pasiskirstymo dėsningumus Lietuvos teritorijoje, o taip pat įvairių ozono koncentracijų ir aplinkos veiksnių kompleksinį poveikį miško ir žemės ūkio augalams.

Atlikus tyrimus specialiose klimatinėse kamerose, kuriose augalai buvo veikiami skirtingos koncentracijos ozonu, paaiškėjo, kad jautriausi yra  lapuočiai – drebulės, beržai, uosiai. Šių medžių rūšių jautrumas ozonui yra 5-6 kartus didesnis nei, pavyzdžiui, paprastosios eglės.

  

 

 
 

Kai kurių sumedėjusių augalų jautrumas ozonui (pagal B.Serafinavičiūtės duomenis).

  

Įdomu tai, kad jautrumas ozonui priklauso ne tik nuo medžio rūšies, bet ir nuo individualių medžio savybių. Paaiškėjo, kad paprastojo uosio sodinukai, išauginti iš sėklų, surinktų nuo medžių, reprezentuojančių skirtingas populiacijas, yra nevienodai jautrūs ozonui. Pavyzdžiui, Šilutės miškuose augantys uosiai apie 20% jautresni nei Pakruojo populiacijos medžiai. Be to, netgi tos pačios populiacijos individai pasižymi skirtingu jautrumu.

 

 

Uosio sodinukai, paveikus juos 240 µg /m3 koncentracijos ozonu (A.Pliūros nuotr..).

 


Naturales Scientiae Omnibus