Для многих крупных промышленных центров загрязнение воздуха является одной из главных проблем качества окружающей среды. К примеру, в Красноярске в воздухе отмечаются высокие концентрации бензапирена и соединений фтора, превышающие допустимый уровень многократно, для первого иногда в десятки раз. Красноярск часто занимает лидирующую позицию по неблагоприятной экологической обстановке в рейтинге Мирового индекса качества воздуха. Чрезмерные выбросы засоряют городские и пригородные экосистемы токсичными соединениями. При этом опасность таких выбросов для живых организмов и экосистем часто остается неизвестной.

Ученые ФИЦ «Красноярский научный центр СО РАН», Сибирского федерального университета и Сибирского института бизнеса, управления и психологии обнаружили, что загрязнение воздуха промышленными выбросами приводит к ослаблению сосновых массивов Красноярской агломерации, активной утрате деревьями хвои, а также к существенному уменьшению количества деревьев — изреживанию. Результат основан на восемнадцатилетних наблюдениях, с 2002 по 2019 годы, за состоянием двух сосновых массивов в окрестностях Красноярска, в каждом из которых около 500 деревьев. Один расположен по розе ветров от промышленных предприятий, второй — с противоположной стороны от города.

Чтобы раскрыть причины ослабления сосняков под действием загрязненного воздуха ученые разработали и применили метод некротической метки. Суть метода в инъекции в ствол дерева специального препарата, который содержит специализированные вещества — элиситоры, полученные из патогенного гриба Ceratocystis laricicola. При помощи этого метода исследователи ежегодно тестировали состояние 50 деревьев. После инъекции дерево распознает элиситоры патогенного гриба и включает защитную реакцию, позволяющую растению быстро изолировать поврежденные клетки. В результате на стволе образуется некроз — формирование из отмершей наружной ткани, ограниченной рубцом. Ученые обнаружили, что высота расположения некроза на стволе зависит от качества воздуха и состояния хвои. У здоровых деревьев некроз смещен вниз от места инъекции, тогда как у ослабленных он поднимается вверх по направлению к кроне.

«Чтобы объяснить изменение места расположения некроза на стволе относительно места инъекции, мы предложили гипотезу, связывающую углеводный обмен и движение грибных элиситоров в растении. При отсутствии факторов, повреждающих хвою, избыток глюкозы, образующейся в хвое при фотосинтезе, перемещается, в том числе, и в корни, где запасается в виде крахмала. Движение сахаров, как и грибных элиситоров вниз по стволу регистрируется с помощью некроза, который смещается вниз относительно места укола. Когда хвоя по какой-либо причине повреждается (токсины или пожар), некротическое пятно на стволе перемещается вверх по направлению к кроне. Движение сахаров вверх по стволу обеспечивается расходованием запасов крахмала — дерево “худеет”. Истощение сопровождается увеличением доли отмирающих деревьев в сосняке», — рассказала старший научный сотрудник Института леса им. В.Н. Сукачева ФИЦ КНЦ СО РАН доктор биологических наук Галина Геннадьевна Полякова.

Разработанный метод поможет ученым оценить влияние загрязнения на леса, хронологию токсичности промышленных выбросов, а также определить период восстановления крон деревьев после различных негативных воздействий.

Исследование проводилось при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований и Красноярского научного фонда.