Pojęcie zanieczyszczenia powietrza definiuje ustawa o ochronie powietrza atmosferycznego z dnia 21.04.1966 r.
Według tej definicji jest to wprowadzenie do atmosfery substancji stałych, ciekłych lub gazowych, które mogą spowodować przekroczenie dopuszczalnych stężeń substancji w powietrzu atmosferycznym. Należy podkreślić, że są to normy ustalone przez organa sanitarne i odnoszą się do organizmów ludzkich. Ogólnie biorąc, rośliny narażone na ciągłe oddziaływanie zanieczyszczonego powietrza są uszkadzane przez zanieczyszczenia w stężeniach znacznie niższych. Jednocześnie rozporządzenia Rady Ministrów z dnia 13.09.1966 r. oraz z dnia 27.05.1972 r. określają dopuszczalne stężenie 17 substancji dla obszarów specjalnie chronionych i obszarów chronionych.
Miasta uznane są za obszary chronione i dopuszczalne stężenia dwutlenku siarki wynoszą średnio w ciągu doby 0,35 mg/m3 i jednorazowo w ciągu 20 minut 0,9 mg/m3. Analogicznie dla tlenków azotu (w przeliczeniu na pięciotlenek azotu) dopuszczalne stężenia wynoszą 0,3 i 0,6 mg/m3. Dopuszczalny opad pyłu wynosi 250 t/km2/rok.
W większości miast z reguły roślinność narażona jest na szkodliwe oddziaływanie zanieczyszczeń powietrza. Ogólnie w mieście wśród źródeł zanieczyszczenia powietrza można wymienić jako główne źródła trzy podstawowe dziedziny gospodarki, a mianowicie przemysł, komunikację, ogrzewnictwo. Udział zanieczyszczeń z tych źródeł w ogólnym zanieczyszczeniu powietrza w poszczególnych miastach czy nawet dzielnicach może być różny. Poszczególne dziedziny gospodarki zanieczyszczają powietrze w charakterystyczny dla nich sposób. Ogrzewnictwo emituje głównie pyły, dwutlenek siarki, tlenki azotu, fluor. Charakterystycznymi zanieczyszczeniami powietrza wydzielanymi przez środki komunikacji są głównie tlenki azotu, węglowodory, acetylen, aldehydy, sadza, pyły, metale ciężkie (głównie ołów) tlenek węgla, dwutlenek węgla, ozon i inne.
W zależności od rodzaju zakładów przemysłowych w mieście (dzielnicy) zmienia się „zestaw” substancji powodujących zanieczyszczenie powietrza. Wśród zanieczyszczeń powodowanych przez przemysł stwierdzono już ponad 200 różnych składników.
Dotychczas poznano jedynie częściowo mechanizm uszkadzania roślin przez najbardziej szkodliwe substancje, jak dwutlenek siarki, fluor. Są to procesy złożone, a oddziaływanie tych substancji na rośliny jest wielorakie. Dwutlenek siarki wpływa na rośliny bezpośrednio i pośrednio. Bezpośredni wpływ wysokich stężeń 0,1—0,4 ppm dwutlenku siarki (0,29—1,16 mg/m3) prowadzi do wystąpienia tzw. ostrych uszkodzeń, tj. wyraźnych nekroz tkanki między nerwami liści w wyniku szybkiego obumierania całych partii miękiszu blaszki liściowej. Wysokie stężenie SO2 powoduje najczęściej plazmolizę komórek. Niższe stężenia, poniżej 0,2 ppm dwutlenku siarki ( = 0,58 mg/m3), wywołują tzw. uszkodzenia chroniczne, najczęściej w postaci chlorotycznych czerwonych plam na liściach. W mezofilu spotyka się pojedyncze komórki (lub małe grupy) obumarłe lub przynajmniej wykazujące rozkład chloroplastów. Nie poznany jest jeszcze dokładnie „łańcuch uszkodzeń” komórki i zakłóceń w przemianie materii. Stwierdzono już jednak następujące reakcje rośliny: zahamowanie fotosyntezy, wpływ na substancje wzrostowe i enzymy, gospodarkę wodną i przemieszczanie materiałów w tkankach w wyniku kumulacji zanieczyszczeń powietrza w glebie. SO2 powoduje też zakwaszenie gleby oraz zmniejszenie jej biologicznej aktywności.
Wrażliwość roślin na zanieczyszczenie powietrza jest względna. Zależy ona od wielu czynników: pory roku, okresu oddziaływania, rodzaju i stężenia zanieczyszczenia, gatunku, a nawet odmiany rośliny, wieku (stadium rozwojowego rośliny), od siedliska, a także od opanowania przez choroby i szkodniki.
Pogorszenie warunków ekologicznych oraz wszelkie zaburzenia powodowane działaniem człowieka zwiększają z reguły wrażliwość roślin oraz zmniejszają ich zdolność regeneracji. Jednocześnie oddziaływanie fitotoksycznych gazów może powodować spotęgowane uszkodzenie liści. Wielokrotnie określano fitotoksyczne stężenia niektórych najważniejszych zanieczyszczeń, zarówno w warunkach eksperymentalnych, jak i terenowych. Wyniki tych badań są jednak wskazówką tylko w danych, konkretnych warunkach. Dwutlenek siarki może być fitotoksyczny już w stężeniach 0,02 ppm (0,058 mg/m3). Zwiększanie stężenia powoduje niewspółmierne zwiększanie uszkodzeń; jeżeli np. stężenie wynosiło 2 mg SO2/m3, uszkodzone zostało około 2% powierzchni liści, jeśli natomiast wynosiło 12 mg SO2/m3 — aż 77% powierzchni. W warunkach miejskich określenie stężeń powodujących uszkodzenie drzew jest bardzo trudne, gdyż oddziałują tutaj jednocześnie liczne szkodliwe czynniki.
Zewnętrzne objawy uszkodzeń roślin przez zanieczyszczenia powietrza są zbyt mało charakterystyczne zarówno w skali makroskopowej, jak mikro- i ultra-mikroskopowej, aby można było odróżnić skutki działania poszczególnych czynników. Do ogólnie uznanych zewnętrznych objawów uszkodzeń liści przez SO2 zalicza się brunatne przebarwienia tkanki między nerwami liścia, rozpoczynające się w jego brzeżnych partiach. Podobnie u igieł rozpoczyna się przebarwienie od końca. W wyniku uszkodzenia fluorem igły przebarwiają się z reguły na całej długości.
Gazowe substancje zanieczyszczające powietrze są gromadzone przez rośliny głównie w liściach. Zawartość siarki, fluoru, metali ciężkich i innych szkodliwych składników w liściach świadczy o ogólnym stanie i zagrożeniu rośliny. Zawartość siarki większa od 0,18% suchej masy igieł świadczy o dużym zanieczyszczeniu powietrza dwutlenkiem siarki.
Normalna zawartość fluoru w liściach drzew waha się w granicach 0,2—0,5 mg%. Zbadanie liści po wystąpieniu uszkodzeń wykazuje jednak zwiększenie zawartości fluoru nawet do 60 mg%.
Obok stężenia szkodliwych substancji na wielkość uszkodzenia rośliny wpływa również okres oddziaływania zanieczyszczenia. Przedłużanie się tego okresu powoduje niewspółmierne zwiększenie uszkodzeń. Przerwy w występowaniu zanieczyszczenia powietrza stwarzają dla rośliny możliwości „odpoczynku” — zobojętnienia lub wydalenia wchłoniętych gazów trujących. W mieście często istnieje prawie ciągłe zanieczyszczenie powietrza. Nie bez znaczenia jest również występowanie emisji zanieczyszczeń w ciągu nocy podczas okresu wegetacyjnego.
W ciągu okresu wegetacji zmienia się wrażliwość roślin na szkodliwe substancje. U drzew liściastych pączki i młode, nie w pełni rozwinięte liście, są mniej wrażliwe, największa wrażliwość występuje u liści w pełni rozwiniętych podczas najintensywniejszej asymilacji. Stare liście, pod koniec okresu wegetacyjnego są znów mniej wrażliwe. Zmiany wrażliwości drzew iglastych mają inny przebieg niż u liściastych.
Drzewa iglaste wykazują największą wrażliwość wcześnie wiosną i podczas okresu wegetacji. Wczesną wiosną najłatwiej są uszkadzane starsze igły, utworzone w poprzednich latach. Rozwijające się nowe igły wykazują największą wrażliwość po osiągnięciu ostatecznych rozmiarów, tj. pod koniec wiosny i na początku lata. Również jesienią i — jeśli zachodzi fotosynteza — także zimą drzewa iglaste są narażone na uszkodzenia (rośliny te mogą asymilować zimą, gdy jest ona łagodna i gdy tylko dysponują wodą). Wszystkie czynniki meteorologiczne, które wzmagają fotosyntezę i wywołują otwieranie szparek liściowych, jak np. światło, wysoka wilgotność względna, optymalna temperatura, wzmagają jednocześnie pobieranie SO2.
Okazało się, że nawożenie, szczególnie azotem, może zwiększyć wytrzymałość roślin na działanie SO2. Obok wrażliwości organów asymilujących na zanieczyszczenie powietrza istotną cechą jest zdolność regeneracji drzewa po wystąpieniu uszkodzeń. Zdolność ta zależy od właściwości anatomicznych i fizjologicznych oraz od ogólnego stanu zdrowotnego rośliny, który z kolei uzależniony jest od całokształtu warunków ekologicznych.
Drzewa liściaste mają większe możliwości regeneracji niż iglaste. Coroczne odnawianie liści, większa zawartość materiałów zapasowych i większa liczba pączków śpiących sprzyja lepszej regeneracji po uszkodzeniu przez jakikolwiek czynnik. W niekorzystnych warunkach środowiskowych zdolność regeneracji maleje, w miarę ich poprawy — rośnie.
O przydatności poszczególnych gatunków drzew dla miast świadczyć może tzw. zdolność wytrwania w danych konkretnych warunkach. Pojęcie to można określić jako zespół wszystkich właściwości gatunkowych, potrzebnych do przezwyciężenia wszystkich zaburzeń powodowanych przez środowisko miejskie. Stosunkowo często ustalane są tzw. szeregi odpornościowe drzew leśnych. Znacznie mniej danych mamy o wytrzymałości innych gatunków drzew i krzewów sadzonych w miastach. W poniższym zestawieniu podano „szereg odpornościowy” młodych drzew ustalony w warunkach laboratoryjnych (w kabinach doświadczalnych) i uzupełniony na podstawie obserwacji terenowych, w których za kryterium oceny przyjęto uszkodzenia liści przez SO2. Wrażliwość została określona stopniami w skali od 4 (najwrażliwsze) do 20 (najmniej wrażliwe).
Modrzewie odznaczają się dużą wrażliwością liści, niemniej jednak dzięki dużej zdolności regeneracji nadają się na tereny przemysłowe. Dużą zdolność regeneracji wykazują ponadto olsza czarna, topole, klon polny. Natomiast niską zdolność regeneracji mają świerk, sosna, buk i leszczyna.
Zanieczyszczenia gleby
Drzewa rosnące przy ulicach są narażone dodatkowo na szkodliwe oddziaływanie soli używanych przeciw oblodzeniu nawierzchni jezdni, jak i często— pomimo zakazu — chodników. Używa się do tego celu najczęściej chlorku sodu (sól kuchenna). W ostatnich latach do soli kuchennej dodaje się chlorku wapnia w stosunku uzależnionym od temperatury i stanu oblodzenia ulicy. W klimacie Polski, dążąc do zapewnienia bezpieczeństwa ruchu kołowego, często przekracza się dopuszczalną normę, która wynosi 2 kg soli na 1 m2 jezdni.
Normalne stężenie roztworów glebowych wynosi 2,2—18,2 mg soli w 100 g gleby. W 1973 r. zawartość soli w glebach przyulicznych zieleńców Warszawy osiągała 265 mg w 100 g gleby, co stanowi 0,265%. W wyniku takiego zasolenia następuje zmniejszenie siły ssącej komórek korzeni (zbyt mała różnica między stężeniem roztworu komórek a roztworu glebowego), co z kolei wywołuje zjawisko suszy fizjologicznej. Ponadto powstający w glebie Na2CO3 wpływa toksycznie na rośliny oraz pogarsza wiele właściwości gleb.
Bezpośrednim i najgroźniejszym skutkiem zasolenia gleby jest dla roślin akumulacja jonów chloru (Cl- ) w liściach. Jony chloru pobierane są z gleby wraz z wodą. Po przekroczeniu górnej granicy stężenia chloru w liściach następuje ich obumieranie. Proces ten może być powolny i rozpoczyna się żółknięciem, brązowieniem i zamieraniem brzeżnych partii liścia. Przyjmuje się, że wartości graniczne wynoszą dla kasztanowca 0,6; topoli i lip oraz klonów 0,8—1,0 Cl w suchej masie liści, dla platana natomiast około 1,0%.
