Комплексная оценка состояния индикаторного вида - сосны обыкновенной ( Pinus sylvestris L. ) в условиях городской среды

КОМПЛЕКСНАЯ ОЦЕНКА СОСТОЯНИЯ ИНДИКАТОРНОГО ВИДА - СОСНЫ ОБЫКНОВЕННОЙ (PINUS SYLVESTRIS L.) В УСЛОВИЯХ ГОРОДСКОЙ СРЕДЫ

Аксенова С. В., Зенкова Е. Л., Казанцева М. Н.

The given researches of a pine Scotch (Pinus sylvestris L.) in city of Tyumen, as species - indicator of a condition ofan environment are resulted.

Город Тюмень крупный промышленный центр, характеризующийся напряженной экологической обстановкой. В настоящее время в атмосфере и почве города отмечается скопление различных загрязнителей, оказывающих негативное влияние на жизнедеятельность растительных организмов.

Одним из наиболее чувствительных индикаторов качества городской среды считается сосна обыкновенная. Целью нашей работы было проведение комплексной оценки состояния сосны в условиях техногенного загрязнения г.Тюмени с помощью различных показателей.

Исследования проводились в летний период 2006-2007 годов. Сбор материала осуществлялся на 13 пробных площадях в различных участках города с высокой антропогенной нагрузкой. В качестве контроля выбраны естественные насаждения из зеленой зоны города (11 участков). С каждой пробной площади отбирались образцы хвои и шишек. Для оценки общего состояния деревьев использовались следующие параметры: морфометрические показатели хвои и шишек, характер и степень повреждения хвои, содержание хлорофиллов, показатели окраски хвои, урожайность семян и качество семенного материала.

Анализ на содержание хлорофиллов проводили по стандартной методике, при помощи аппарата «ФКФ» [2]. Окраску определяли с помощью цветного сканера и компьютерной программы «Adobe photoshop 7,0» по оригинальной методике С.Н. Гашева [1]. Оценивались показатели белизны (W) и оттенка зеленого цвета (Т). Оценку качества семян проводили в соответствии с существующим стандартом - ГОСТ 13056.6 - 97 [3]. Полученные данные подвергались статистической обработке, достоверность различий определялась с использованием t-критерия Стьюдента.

Результаты морфофизиологического анализа хвои и шишек демонстрируют достоверное снижение таких показателей, как масса и длина хвоинки, а также число хвоинок в расчете на побег одного года у деревьев, произрастающих в городе по сравнению с контролем (табл. 1).

При исследовании морфометрических показателей женских шишек не было обнаружено статистически достоверных различий по всем измеренным параметрам. Скорее всего, это связано с тем, что данные признаки находятся под значительным генетическим контролем [4].

На загрязненной территории отмечается также возрастание доли поврежденной хвои. Повреждения имеют как естественное, так и антропогенное происхождение. К естественным относятся, повреждения вызванные

деятельностью растительноядных животных, прежде всего насекомых -филлофагов. К антропогенным - вызванные действием поллютантов химической природы. Последние проявляются в виде хлорозов и некрозных пятен. На опытных участках преобладает антропогенное повреждение, а хвоя деревьев на контрольных участках в большей степени страдают от погрызов филлофагами (рис. 1).

Таблица 1- Морфометрическая характеристика хвои и шишек сосны

Показатели Опыт Контроль

X ± т СУ X ± т CV

Масса хвоинки, мг *0,06±0,02 57,18 0,14 ± 0,02 18,87

Длина хвоинки, см2 ***5,78±0,23 8,94 6,81 ± 0,15 4,33

Число хвоинок, шт./побег ***157,6±4,0 5,90 178,5 ± 3,52 3,94

Длина шишки, см 3,69±0,12 8,86 3,48±0,14 7,13

Ширина шишки, см 1,81±0,05 7,21 1,66±0,14 14,24

Масса шишки, г 4,66±0,42 23,62 4,53 ±0,47 18,13

Примечание. Х - среднее арифметическое значение признака; СУ - коэффициент вариации (%); т - статистическая ошибка. Различия с контролем достоверны: * - при р<0,05; *** -при р<0,001

Соотношение хвои с биологическими и химическими повреждениями оставалось стабильным в течение 2 лет наблюдения. В 2007 году на опытных участках наблюдалось увеличение доли хлорозов по сравнению с некрозами.

100% 80% ^ 60% 40% 20% 0%

о

Погрызы

Некрозы

Хлорозы

Варианты опыта

К

2007

ОКО

2006

Рисунок 1 - Соотношение различных контрольных

типов повреждений хвои на (в % от общего количества

При анализе повреждений у сосны обыкновенной были обнаружены также тератологические изменения, проявляющиеся в увеличении количества хвоинок в пучке - терххвойность (табл.2).

Так как по этому показателю были получены достоверно большие значения в опыте в течение двух лет наблюдений, то мы объясняем это явление ответной реакцией растительных организмов на загрязнение среды!.

Таблица 2- Встречаемость аномальных пучков хвоинок

Год учета

Опыт

Контроль

X ± т СУ X ± т СУ

2006 ***7,84±0,47 13,12 1,96±0,33 9,16

2007 ***8,23±0,59 16,24 1,85±0,21 6,24

При анализе окраски хвои было отмечено достоверное снижение обоих показателей (Ж и V) на опытных участках. Уменьшение показателя оттенка зеленого цвета логично объясняется общим снижением содержания в хвое пигментов зеленого цвета - хлорофиллов а и Ь (табл.3) .

Таблица 3 - Показатели окраски и содержание хлорофиллов в хвое сосны

Показатели Опыт Контроль

X ± т СУ X ± т СУ

Белизна (Ж), балл *85,4 ± 1,99 3,25 89,73 ± 1,38 0,90

Оттенок (V), балл ** 1,39 ± 0,03 3,91 1,57 ± 0,02 3,01

Хлорофилл а, мг/г *40,03 ±10,46 3,21 67,32 ± 6,89 1,21

Хлорофилл Ь, мг/г **37,53 ± 4,17 4,02 72,90 ± 5,86 1,46

Примечание: содержание пигментов указано в расчете на сырой вес. ** - различия с контролем достоверны при р<0,01;

В городе хвоя оказалась темнее, чем на чистой территории (значение W в городе ниже). Причиной является сильное загрязнение хвои городских деревьев пылью и грязью. Это подтверждают результаты специального эксперимента, проведенного нами в 2007 году. Определялись показатели окраски хвои сосны до и после удаления механических загрязнений на одном из максимально загрязненных участков города. В результате была установлена достоверная разница (р<0,01) по показателю белизны между загрязненной хвоей (Ж=88,22), и этой же хвоей после удаления с нее пыли (Ж=94,51).

Показательные результаты, отражающие влияние городских условий на репродуктивную функцию сосны обыкновенной получены при оценке урожайности семян и качества семенного материала (табл. 4). На городской территории происходит статистически достоверное снижение количества семян в расчете на 1 шишку и доли полнозернистых семян. При этом различия показателей по годам и в контроле и в опыте незначительны (табл. 4). Общее количество полнозернистых семян в шишке у сосны, выросшей в условиях города составляет в среднем 7,1 шт., на контрольной территории в два с лищним раза больше - 15,2 шт.

Таблица 4- Показатели урожайности и качества семян сосны обыкновенной

Показатель Опыт Контроль

2006 г. 2007 г. 2006 г. 2007 г.

Число семян в шишке, шт. **21,04±0,43 ***21,88±0,26 12,59±1,81 13,02±0,79

Число полных семян, шт. ***15,27±0,64 ***15,12±0,25 6,93±1,01 7,27±0,62

Энергия прорастания, % ***86,79±1,18 ***86,13±1,19 69,56±1,01 65,96±5,98

Лабораторная ***93,77±1,18 **94,22±1,12 74,76±1,42 65,85±7,27

всхожесть, %

В городских условиях происходит также снижение основных показателей качества семян: энергии прорастания (на 19%) и а лабораторной всхожести (на 24%). В реальных условиях эта разница очевидно должна возрастать из -за негативного влияния загрязненных городских почв.

Полученные данные свидетельствуют о высокой уязвимости репродуктивного процесса в городских условиях, что приводит к снижению урожайности и ухудшению качества образующихся семян. В то же время было показано, что размерные характеристики проростков, достигших стадии выхода семядолей не обнаруживают статистически достоверных различий между опытом и контролем по своим линейным параметрам [4]. Их дальнейшее развитие определяться условиями произрастания и наследственной устойчивостью к неблагоприятным факторам окружающей среды.

Таким образом, исследование состояния сосны обыкновенной, проведенное с использованием различных параметров, показало статистически подтверждаемое снижение ее жизненного состояния на загрязненной городской территории. Следовательно, исследуемые показатели вполне оправдывают себя при их использовании в биоиндикационных исследованиях в городах.

Литература

1. Гашев С.Н. Новые методические подходы к определению цветовых характеристик биологических объектов //Успехи современного естествознания. 2003. №1. С.23 - 27.

2. Шульгин И. А., Ничипорович А.А. Расчет содержания пигментов с помощью номограмм. Минск: Издательство наука и техника, 1974. - 136 с.

3. ГОСТ 13056.6 - 97. Семена деревьев и кустарников. Методы определения всхожести. Минск 1997. - 27 с.

4.Аникеев Д.Р. Сопряженная изменчивость и наследуемость признаков женской генеративной сферы сосны обыкновенной в условиях промышленного загрязнения / Д.Р. Аникеев // Лесоведение. - 2000. - №4. - с. 56-62.

5. Казанцева М.Н. Особенности репродукции сосны обыкновенной в насаждениях города Тюмени и его зеленой зоне / М.Н. Казанцева // Вестник экологии, лесоведения и ландшафтоведения. - 2004. - № 5. - С. 76 - 79.