Влияние выбросов автотранспорта на анатомические особенности хвои ели обыкновенной в условиях Екатеринбурга

ЛЕСНОЕ ХОЗЯЙСТВО

ВЛИЯНИЕ ВЫБРОСОВ АВТОТРАНСПОРТА НА АНАТОМИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ХВОИ ЕЛИ ОБЫКНОВЕННОЙ В УСЛОВИЯХ ЕКАТЕРИНБУРГА

Л.И. АТКИНА, проф. каф. ландшафтного строительства УГЛТУ, докт. с.-х. наук, С.В. ВИШНЯКОВА, ст. преподаватель каф. ландшафтного строительства УГЛТУ

Большинство работ по проблеме техногенных загрязнений посвящено влиянию выбросов крупных промышленных предприятий на естественные лесные насаждения. О городских посадках хвойных таких работ очень мало, хотя в последнее время появились научные сводки по городам Архангельску [1], Санкт-Петербургу [2], Йошкар-Оле [3].

Является установленным фактом высокая чувствительность хвойных пород к воздействию загрязняющих веществ [4]. Хвойные посадки газоустойчивы к небольшим дозам атмосферного загрязнения, и незначительные повреждения существенно не влияют на долговечность растений, в то время как большие аэротехногенные выбросы ведут к гибели насаждений [5].

Одним из наиболее распространенных видов древесных растений-биоиндикаторов, используемых для мониторинга, является ель обыкновенная. Сравнительный анализ ели обыкновенной и других видов в санитарно-гигиеническом отношении приводит к выводу, что насаждения из сизохвойных и серебристых форм ели обладают большей зимостойкостью и газопоглотительной способностью [6].

Известно, что техногенное загрязнение оказывает влияние на весь биометрический комплекс ели обыкновенной и заключается в нарушении основных физиологических процессов фотосинтеза, дыхания, корневого питания, репродуктивной системы, приводя в итоге к снижению продуктивности [7]. Ранее нами установлено, что наиболее чутко на загрязнения городской среды реагирует ассимиляционный аппарат ели, уменьшается продолжительность жизни хвои и степень ох-военности в целом [8].

Для того, чтобы установить изменения, вызванные воздействием атмосферного загрязнения, необходимо знать морфологические особенности хвои ели, произрастаю-

щей в благоприятных условиях. В настоящее время установлено, что в пределах годичного прироста побега ели обыкновенной и ели колючей существует зависимость длины и ширины хвоинок от их расположения на побеге, а длина хвои изменяется и от возраста ветви, и от порядка ее ветвления. От размещения хвоинок варьирует не только длина хвои, но и форма поперечного сечения хвоинок, которая чувствительна к условиям освещенности.

В условиях Екатеринбурга на загрязнение воздуха в большей степени влияют отработанные газы автотранспорта, с каждым годом эта проблема становится более актуальной. В настоящее время в атмосферу города ежегодно выбрасывается до 20 тыс. т загрязняющих веществ от стационарных источников и более 140 тыс. т от автотранспорта. Таким образом, выбросы от автотранспорта почти в 7 раз превышают валовый выброс от промышленных предприятий.

Степень негативного влияния автотранспорта на природную среду напрямую зависит от технических категорий дорог. Максимальное содержание вредных веществ приходится на зону шириной 30-50 м от полотна изученных дорог с выраженным максимумом в примыкающей к дороге 10-метровой зоне. Особо загрязняемыми участками являются перекрестки автомагистралей, где предельнодопустимые концентрации (ПДК) загрязняющих веществ превышают санитарную норму в несколько раз. Иногда они не совпадают с общей картиной по районам.

Цель работы - выявить особенности параметров хвои деревьев ели обыкновенной, произрастающей на участках с различным уровнем аэрозагрязнения автотранспортом.

Для этого 2004-2006 гг. отбирались образцы хвои и ветвей с деревьев ели 2 уровней, по возможности на одинаковой высоте (нижняя часть у некоторых деревьев подвергалась механической уборке), со стороны дороги.

4

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 8/2007

ЛЕСНОЕ ХОЗЯЙСТВО

Таблица 1

Коэффициенты точности и вариабельности полученных результатов при разном количестве образцов

Количество образцов, шт. Параметры хвои, мм х ± Mx Cv, % Pv, %

Ширина 1,10 ± 0,031 8,9 2,8

10 Толщина 0,59 ± 0,011 2,9 0,9

Диаметр центрального пучка 0,17 ± 0,009 17,6 5,6

Ширина 1,10 ± 0,014 3,7 1,3

8 Толщина 0,58 ± 0,038 17,2 6,1

Диаметр центрального пучка 0,20 ± 0,006 8,4 2,9

Ширина 1,02 ± 0,028 6,2 2,7

5 Толщина 0,47 ± 0,023 11,0 5,0

Диаметр центрального пучка 0,21 ± 0,013 13,8 6,2

Рисунок. Поперечный срез хвои ели обыкновенной : А - в нижней части кроны; Б - в средней части кроны

При отборе образцов определялись параметры дерева, его расположение относительно дороги и санитарное состояние. Изучены морфометрические характеристики всего дерева, годичный прирост осевого побега (длина, количество хвоинок), продолжительность жизни хвои (определялась у ветвей, расположенных на высоте около 1 м, имеющих приблизительно один возраст), наличие некрозов, хлорозов, механических повреждений.

Визуальная оценка состояния деревьев и степень их нарушенности проводилась по 5-балльной шкале.

Возраст деревьев определялся по документам о посадке или визуально. Возможность визуального определения возраста ели по внешним признакам показана уже многими исследователями.

С каждого годичного прироста осевого побега, в его верхней части, бралось 5 хвоинок. Срезы поперечного сечения делали

в средней части хвоинки, по 2-3 среза. В процессе изучения образцы хранились в холодильной камере и были обработаны в течение

1-2 месяцев.

Измерения хвои проводились по фотографиям, сделанным с увеличением электронным микроскопом в 60 раз. Периметр поперечного среза хвои определялся по формуле Тирена П = 2 л/а2 + в2 , где а - толщина, в - ширина хвоинки. Для определения толщины и ширины хвои размеры изображения измерялись металлической линейкой. Затем рассчитывалась поверхность хвои как произведение длины хвои на периметр ее поперечного сечения. По фотографиям хвои замерялся диаметр центрального проводящего пучка и его расположение в зависимости от размещения хвои в кроне дерева (нижней или средней части кроны). Так как известно, что ширина и толщина хвои увеличивается с повышением ее возраста, то подбирались образцы одного возраста (10-15 лет).

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 8/2007

5

ЛЕСНОЕ ХОЗЯЙСТВО

Таблица 2

Показатели связи проводящего пучка от расположения хвои в кроне и степени загрязнения

Расстояние от объекта до дороги, м Часть кроны Расстояние от центра проводящего пучка до правой границы,мм Расстояние от центра проводящего пучка до левой границы, мм

X±mx, мм Cv, % Pv, % X ± mx, мм Cv, % Pv, %

1 - 10 Средняя 0,43±0,030 16,30 7,30 0,38±0,030 13,70 6,15

(3 м) Нижняя 0,42±0,008 4,03 1,80 0,37±0,009 5,29 2,37

О ’-t 1 Средняя 0,50±0,010 4,40 1,97 0,43±0,010 5,32 2,40

(20 м) Нижняя 0,42±0,005 2,63 1,18 0,38±0,007 4,42 1,98

40-и более Средняя 0,53±0,004 1,87 0,83 0,52±0,01 5,34 2,40

(45 м) Нижняя 0,55±0,01 3,80 1,70 0,50±0,01 4,35 1,95

Таблица 3

Периметр и площадь поверхности хвои ели обыкновенной

Расстояние от объекта до дороги, м Часть кроны Периметр поперечного сечения хвои, мм Площадь поверхности хвои, мм

X ± mx, мм Cv, % Pv, % X ± mx, мм Cv, % Pv, %

1 - 10 Средняя 2,47 ± 0,040 7,14 3,20 29,64 ± 0,440 4,77 2,14

(3 м) Нижняя 2,26 ± 0,030 2,72 1,22 30,00 ± 0,330 8,90 4,00

О ’-t 1 Средняя 2,56 ± 0,010 3,46 1,50 38,00 ± 0,230 4,75 2,10

(20 м) Нижняя 2,25 ± 0,020 3,64 1,63 27,00 ± 0,400 5,43 2,43

40-и более Средняя 2,63 ± 0,050 9,11 4,08 43,40 ± 0,350 4,60 2,06

(45 м) Нижняя 2,64 ± 0,020 6,90 3,10 34,80 ± 0,320 3,78 1,70

Проанализировано более 1000 образцов, взятых с 300 деревьев, произрастающих в различных условиях аэрозагрязнения, которые определяются расстоянием от дороги: I уровень загрязнения - расстояние от проезжей части до 10 м; II уровень - от 11 до 20 м; III уровень - более 50 м и во дворах.

Для обеспечения достоверности результата выборки была проведена методическая работа. Результаты приведены в табл. 1. Установлено, что для обеспечения достоверности данных достаточно брать по одному срезу с пяти хвоинок.

Форма поперечного сечения хвои меняется от продолговато-овальной в нижней части до почти квадратной в средней части кроны (рисунок). В исследованных нами образцах почти в 80 % наблюдений соблюдается данная изменчивость.

Проводящий пучок расположен в хвоинке ассиметрично у растений, произрастающих на расстоянии от 0 до 20 м от дороги (табл. 2). У деревьев, не испытывающих сильные загрязнения, ассиметрия хвоинки почти не выражена. Это может быть вызвано недостатком пластических веществ. В небла-

гоприятных условиях произрастания растение тратит много ресурсов на преодоление негативного воздействия.

Ширина хвоинки увеличивается с уменьшением степени атмосферного загрязнения: чем дальше от дороги, тем хвоинки шире. Наиболее четко эта закономерность отмечена для хвои средней части кроны.

Сравнивая периметр поперечного сечения хвои, произрастающей в средней и нижней части кроны в различных условиях, мы можем сказать, что наблюдается увеличение данного показателя по мере удаления объекта от автомобильной дороги (табл. 3).

Периметр поперечного сечения хвои увеличивается от нижней части кроны к средней при расстоянии до 20 м от дороги. При более благоприятных условиях (более 40 м), периметр поперечного сечения хвои в средней и нижней части кроны уравнивается. Площадь поверхности хвои, при различных условиях загрязнения, в средней части кроны больше, чем в нижней.

Ель обыкновенная достаточно чутко реагирует на условия атмосферного загрязнения выбросами автотранспорта. Кроме внешних

6

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 8/2007