Водный обмен листьев дуба черешчатого (Quercus robur L. ) в условиях техногенного загрязнения окружающей среды

Вестник Челябинского государственного университета. 2013. № 7 (298).

Биология. Вып. 2. С. 181-184.

К. З. Зиятдинова, Р. В. Уразгильдин, А. В. Денисова

водный обмен листьев дуба черешчатого

В УСЛОВИЯХ ТЕХНОГЕННОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

Рассмотрено влияние промышленного загрязнения на водный обмен листьев дуба черешчатого и выявлены закономерности сезонной динамики в условиях санитарно-защитной зоны города Уфы. Установлена экологическая видоспецифичность водного обмена листьев дуба по отношению к атмосферному загрязнению.

Ключевые слова: водный обмен листьев, интенсивность транспирации, относительное содержание воды, дефицит водного насыщения, адаптация.

Введение. В процессе эволюции растений, который длится миллионами лет, не выработались какие-либо специальные приспособления для защиты от губительного действия токсичных газов, которые появились в атмосфере в связи с добычей и переработкой нефти за последнее столетие [13]. Эти токсиканты влияют на нормальный рост и развитие растений, процессы фотосинтеза, дыхания, вызывают мутации, передающиеся по наследству [1]. Вместе с тем, древесно-кустарниковые растения, в первую очередь подвергающиеся влиянию токсикантов, являются эффективным средством снижения загрязнения окружающей среды промышленными выбросами [2; 4].

По официальным данным [5] в 2011 г. в воздушный бассейн города Уфы попало 379,5 тыс. т вредных веществ, в том числе 132 тыс. т от стационарных источников, 247,5 тыс. т — от автотранспорта. По объёму выбросов в атмосферу вредных веществ от промышленных предприятий Уфа входит в десятку самых неблагополучных городов страны. На город приходится 19 % общего объёма выбросов всей нефтеперерабатывающей отрасли России. Летом и осенью 2011 г. в пробах воздуха ПДК вредных веществ превышало в несколько раз: толуол в 60 раз, ксилол в 96 раз, этилбензол в 137 раз, бензол в 13 раз, сероводород в 10 раз. Итого более 20 вредных веществ.

Водный обмен листьев — один из параметров физиологических процессов, который в числе первых реагирует на интоксикацию листа промышленными выбросами [6-8]. В связи с этим, цель работы — охарактеризовать влияние атмосферного загрязнения Уфимского промцентра на вегетационную динамику водного обмена листьев дуба черешчатого, как главный ассимиляционный аппарат дерева.

Материалы и методы. Объектом исследования являются древостои дуба черешчатого, произрастающие в пределах административных гра-

ниц зеленой зоны Уфы. В районе исследований условно выделены зоны сильного, слабого промышленного загрязнения и относительный контроль. Изучение водного обмена листьев дуба проводилось в полевых условиях в течение мая — августа 2012 г. в последнюю декаду каждого месяца. Определялись параметры: интенсивность транспирации (ИТ), относительное содержание воды (ОСВ), дефицит водного насыщения (ДВН). Измерения проводились: утром — с 8.00 до 10.00, в полдень — с 12.00 до 14.00 и вечером — с 16.00 до 18.00. Повторность — 20 листьев из нижней части кроны южной экспозиции с нескольких деревьев. Параметры водного обмена определялись методом быстрого взвешивания листьев на торсионных весах с последующим экспонированием на рассеянном свету и повторным взвешиванием с последующим определением веса абсолютно сухих листьев. Выбирались дни без осадков с приблизительно равномерной облачностью в течение дня. Исключались дни, если перед исследованием ночью проходил сильный дождь. Статистическую обработку полученных данных проводили с помощью программы Microsoft Excel.

Результаты и обсуждение. Листья дуба черешчатого характеризуются высоким ОСВ (рис. 1). Отмечается общая тенденция незначительного и недостоверного снижения ОСВ в течение дня и значительного и достоверного снижения в течение вегетационной динамики во всех зонах загрязнения. Наиболее ярко это выражено в зоне слабого уровня загрязнения, что является следствием засушливого лета 2012 г. и более засушливыми условиями городской среды. В целом ОСВ во всех зонах находится в норме и не достигает критических повреждающих значений. Строгих закономерностей существенного и достоверного влияния промышленного загрязнения на ОСВ не прослеживается. Соответственно, при таком уровне ОСВ листья дуба не испытывают ДВН

120

100

80

60

40

20

0

93,8

90,4

88,9

93,6

93,9

1

92,7

90,8

93,7

91,9 87,3

_86,9 -с, 86,2

¡5=*

Май

Июнь Июль Август 120

100

80

60

40

20

0

94,2

96,1

90,1

96,9

120

100

80

60

40

20

0

95,9 95,4 94,3

93,2 87,9

90,4 92,4 89,3

86,4

2

83,6

89,5

80,5

Май

85,2

97,2

85,7 94,3

82,3

Июнь

3

Июль Август

Ы1Ы

Май

Июнь Июль Август

Рис. 1. Изменение относительного содержания воды (%) в листьях дуба черешчатого в течение суток и вегетационногопериода в зоне силъсого 41), слабаго сагрязоенив (2) и контроле 03):

^ — утро, § — полдень, — вечер

14

12

10

8

6

4

2

0

5,8

6,4

3,7

т[

ША

\$Ш

1

5,6 4,33,7 Т

т

Май

Июнь

7,8

Т

4,7 3,6 тк

7,1

7,9

т

аши

Июль Август

14-1 121086 -420 —

3,7

3,°2 5

Т2_5т

ш.

Май

2

6,1

Т 4,34,7

ПтТ

1

Июнь

11,8

6,87,3 64^

¡8=0

ы

ИЮЛЬ Август

Рис. 2. Изменение дефицита водного насыщения (%) в листьях дуба черешчатого в течение суток и вегетационногопериода в зоне силънооо (1), слабыго загряздения (2) в яо нтроле вЗ):

^ — утро, = — полдень, — вечер

Май Июнь Июль Август

Рис. 3. Изменение интенсивности транспарации (мг/г сырого веса в час) в листьях дуба черешчатоги в тенение суток и вегетационного периода в зоеесильного(1), слабого рргрязнения (2) и контроле П8С:

^ — утро, ^ — полдень, ^ — вечер

(рис. 2). Отмечается общая тенденция значительного и достоверного повышения ДВН в течение дня и в течение вегетационной динамики во всех зонах. Наиболее ярко это выражено в зоне слабого уровня загрязнения, что также связано с засушливыми условиями лета. В целом ДВН во всех зонах находится в норме и не достигает критических повреждающих значений. Строгих закономерностей существенного и достоверного влияния промышленного загрязнения на ДВН не прослеживается, можно лишь отметить несколько меньший уровень ДВН в зоне сильного загрязнения по сравнению с зоной слабого загрязнения и контролем.

Из трёх изученных параметров водного обмена наибольшим изменениям в течение дня, вегетационного периода и при усилении атмосферного загрязнения подвергается ИТ (рис. 3). Суточный ход транспирации нарушен. В ряде случаев наблюдается значительный спад ИТ к полудню и возрастание к вечеру или постоянный спад ИТ в течение дня, что может быть связано с потерей возможности контроля транспирации устьицами из-за атмосферного загрязнения и угнетени-

ем транспирационного процесса. Наиболее ярко этот дисбаланс проявляется в зоне сильного загрязнения в мае и в зоне слабого загрязнения в июне-июле, а в контроле в целом наблюдается нормальный ход суточной транспирации.

Выводы и заключение.

1. Установлена экологическая видоспецифич-ность водного обмена дуба черешчатого по отношению к промышленному загрязнению: листья дуба характеризуются высоким ОСВ и низким ДВН. Отмечается снижения ОСВ и адекватное повышение ДВН в течение дня и в течение вегетационной динамики во всех зонах. Промышленное загрязнение не оказывает на них существенного и достоверного влияния. Наиболее подверженным параметром водного обмена к действию внешних стрессовых факторов среды является ИТ. Показано нарушение суточного транспирацион-ного процесса и подавление его в динамике вегетационного периода в условиях промышленного загрязнения.

2. Водный обмен листьев дуба черешчато-го характеризуется устойчивостью к действию промышленного загрязнения, что подтверждает

положение о большем адаптивном потенциале аборигенных видов к техногенезу по сравнению с интродуцентами.

Список литературы

1. Илькун, Г М. Загрязнители атмосферы и растения. Киев : Наукова думка, 1978. 248 с.

2. Кулагин, Ю. З. Индустриальная дендроэкология и прогнозирование. М. : Наука, 1985. 118 с.

3. Николаевский, В. С. Генетические и физио-лого-биохимические аспекты устойчивости растений в техногенной среде // Промышленная ботаника: состояние и перспективы развития : тез. докл. республ. науч. конф., посвящ. 25-летию Донец. ботан. сада АН УССР. Киев : Наукова думка, 1990. С. 29-32.

4. Кулагин, Ю. З. Древесные растения и промышленная среда. М. : Наука, 1974. 125 с.

5. Государственный доклад о состоянии окружающей природной среды Республики Башкортостан в 2011 г. / Мин-во по чрезвычайным ситуациям и эколог. безопасности Респ. Башкортостан. Уфа, 2012. 229 с.

6. Гетко, Н. В. Растения в техногенной среде: структура и функция ассимиляционного аппарата. Минск : Наука и техника, 1989. 208 с.

7. Гусев, Н. А. Взаимозависимость некоторых показателей водного режима растений и влияние на нее условий внешней среды // Водный режим растений в связи с обменом веществ и продуктивностью. М. : Изд-во Акад. наук СССР, 1963. С. 43 -49.

8. Якушев, Б. И. Роль транспирации в газообмене листа // Докл. АН БССР. 1974. Т. 18, № 4. С. 373-375.