Но какой ценой достается эта роль самим растениям?
Вернемся к вопросу о показателях состояния растений в городских условиях. Не вдаваясь в описание всех деталей физиологических процессов, что увело бы нас в глубины специальных проблем, остановимся лишь на общем очерке основных жизненных процессов растения — газообмене (фотосинтезе и дыхании), водном режиме, минеральном питании, росте.
Фотосинтез у растения осуществляется с помощью целой системы специализированных структур — довольно сложно организованной "материальной части" фотосинтеза. Это так называемый фотосинтетический аппарат растения, который включает структуры разного уровня (лист и его ткани, клетки, хлоропласты, детали их внутренней структуры, молекулы хлорофилла). Если оценить развитие фотосинтетического аппарата (а такую оценку можно сделать по разным количественным показателям), то оказывается, что у дерева, растущего в городе, он имеет гораздо меньшую "мощность" и работоспособность, чем у дерева того же вида и возраста в естественном местообитании (рис. 6). В чем это выражается?
Рис. 6. По сравнению с лесным (А) у дерева в городе (Б) под влиянием трудных условий жизни слабее развиты фотосинтезирующие структуры на всех уровнях организации фотосинтетического аппарата (по А. Фролову и Т. Горышиной, 1982 г.). 1 — крона; 2-5 — лист, его клетки и пластидный аппарат; 6 — хлоропласт
У городского дерева, как правило, более редкая крона, у него мельче листья, но даже при одинаковой площади листвы городское дерево слабее оснащено для выполнения фотосинтетической работы, поскольку листья содержат меньше основных "рабочих единиц", производящих фотосинтез, — зеленых хлоропластов. Под влиянием городских загрязнений в них нередко снижено содержание необходимого для фотосинтеза зеленого пигмента — хлорофилла. К тому же и сам фотосинтез как физиологический процесс в городских условиях зачастую идет слабее из-за целого "букета" неблагоприятных факторов: это и ухудшение освещенности, о котором говорилось выше, и закупорка устьиц пылью, и различные загрязнители воздуха, вмешательство которых нарушает отдельные звенья в сложной цепочке биохимических процессов фотосинтеза. Так, на улицах Москвы у 20-25-летних лип фотосинтез примерно вдвое слабее, чем у таких же деревьев в пригородном парке. А как следует из опытов, проведенных во Франкфурте-на-Майне, даже через 4-6 месяцев после выращивания сеянцев явора в центральных загазованных районах у них сохранялось значительное снижение фотосинтеза по сравнению с сеянцами из окраинных "чистых" районов (в первом случае поглощение углекислоты шло со скоростью 6-8 мг в час на 1 дм2 листа, во втором — 16-18 мг).
Кроме прямых измерений на улицах, представление о снижении фотосинтеза в городских условиях можно получить из математической модели, построенной двумя английскими учеными с использованием характеристик как городской среды (тепловой баланс города, его структура, климатические условия и т. д.), так и показателей фотосинтеза растений. Согласно этой модели, фотосинтез парков и газонов в городе с домами средней высоты должен составлять около 50% от фотосинтеза загородной растительности, а в городе с высокими домами (150- 170 м) — всего лишь 10%, причем в последнем случае неизбежно сильное угнетение фотосинтеза в полдень.
В то же время другая составляющая газообмена — дыхание, в результате которого происходит окисление сложных органических соединений, высвобождение энергии и выделение углекислоты, — у городских растений имеет нередко повышенную интенсивность (особенно ночное дыхание у деревьев близ каменных зданий и стен, нагретых днем и отдающих тепло ночью). Однако энергетическая эффективность его невелика, поскольку далеко не вся высвобождающаяся энергия в этих условиях идет на пользу растению, т. е. употребляется при последующем синтезе необходимых ему веществ. Но при этом все равно на дыхание тратятся "накопления", сделанные фотосинтезом. В результате такого сдвига баланса между обеими составляющими газообмена у городских растений снижается общая продуктивность фотосинтеза, т. е. меньше создается веществ для роста и образования новой растительной массы. Действительно, если сравнить ежегодный прирост побегов в длину или увеличение ствола в толщину, то сравнение будет далеко не в пользу городских деревьев, особенно растущих в центре города или в промышленных районах.