Изучение биоиндикационных свойств древесных растений на тяжёлые металлы

УДК: 326.125/28:502

И.Я. Григорьева

Государственный институт имени Шакарима г. Семей, Республика Казахстан

ИЗУЧЕНИЕ БИОИНДИКАЦИОННЫХ СВОЙСТВ ДРЕВЕСНЫХ РАСТЕНИЙ НА ТЯЖЁЛЫЕ

МЕТАЛЛЫ

Аннотация

В статье приведены результаты исследования биоиндикационной способности листьев древесных растений и выявлена динамика накопления тяжёлых металлов в них в зависимости от функциональной зоны городской среды.

Ключевые слова

Тяжёлые металлы, биоиндикация, окружающая среда, загрязнение, уровень вариабельности,

функциональные зоны.

В последнее десятилетие в Казахстане одним из приоритетных факторов, оказывающих неблагоприятное воздействие на состояние окружающей среды (ОС), является атмосферное загрязнение. Наиболее депрессивными в этом отношении являются города, так как они характеризуются высоким уровнем загрязнения, связанным с интенсивным уровнем развития промышленности и транспорта. Одними из таких городов являются Семей. Поэтому возникает необходимость оценки экологического состояния атмосферного воздуха городских агломерации, в пределах которых имеет место интегральное воздействие большого числа негативных факторов, приводящее к значительному ухудшению условий жизни населения.

Оценку состояния городской среды можно проводить биоиндикационным методом, использование живых организмов, в частности, растений. Данный метод является весьма точным и удобным. Растения в городах поглощают из воздуха и нейтрализуют в тканях значительное количество вредных компонентов промышленных эмиссий, и способствуя тем самым сохранению оптимального газового состава атмосферного воздуха. Они так же влияют на микроклиматические характеристики городской среды, снижают шумовую нагрузку, и обогащают воздух кислородом. Реакция растительного организма позволяет оценить антропогенное воздействие на среду обитания в показателях, имеющих биологический смысл, а зачастую и таких, которые можно перенести и на человека [1, с. 118]. Из видов, произрастающих на территории города Семей, высоким уровнем вариабельности обладают виды: Betulapendula Roth.( 76,98%), Populus alba L. (78,83%), Populus nigra L (55,95%). Малым коэффициентом вариации характеризуются виды: Eleagnus argentea Pursch.( 8,08%), Syringa vulgaris L (25,20%)., Salix alba L (36,21%). Коэффициент для всех видов древесных растений равен - 44,6%. Среднее содержание цинка в листьях совокупности изученных видов древесных растений составило 45,7±8,6мг/кг. Ранжирование изученных видов древесных растений по возрастанию концентрации цинка в листьях представлено на рисунке 1.

Zn

Рисунок 1 - Ранжирование видов древесных растений по содержанию цинка в листьях, мг/кг сухой массы Из видов, произрастающих в городе Семей, высокой степенью накопления цинка отличаются: Betula pendula Roth.( 99,71), Salix alba L.(81,26), Populus alba.(67,4), Populus nigra L (61,8). Меньше всего концентрировали в листьях Ulmus glabra L.(16,03), Syringa vulgaris L.(16,1), Eleagnus argentea Pursch (19,3).

По полученным данным для биоиндикационных исследований загрязнения цинком более подходят береза повислая, ива белая, а так же тополь белый и тополь черный. По концентрации химических элементов в зрелых тканях листьев [2] содержание цинка не достигает избыточного и токсичного содержания (100-400 мг/кг). Среднее содержание меди в листьях древесных растении города Семей составляет 4,77±0,72 мг/кг. Коэффициент вариации наиболее высок для Populus trémula L.(95,32%), Ulmus glabra L.(61,30%), Populus nigra L(56,97%). Не высокой вариабельностью отличаются листья данных древесных растении: Populus pyramidalis Rozier. (14,64%), Salix alba L. (26,66%),Betula pendula Roth. (39,43%), Eleagnus argéntea Pursch. (43,85%). Видовые различия в накопления меди древесными растениями показаны в рисунке 2.

CU

Рисунок 2 - Ранжирование видов древесных растений по содержанию меди в листьях, мг/кг сухой массы

Аккумулируют медь такие виды древесных растений как: Acer negundo L.(7,64), Salix alba L.(6,93), Ulmus minor L.(5,92), Syringa vulgaris L (5,30) .

В отличие от цинка наблюдается невысокая степень накопления меди листьями Populus alba L (2,70)., Populus tremula L (5,18)., Populus pyramidalis Rozier (3,55). В городе Семей нет превышения по нормальному содержания меди в зрелых листьях, которое должно составлять 5-30 мг/кг сухой массы [2].

При сравнении среднего содержания меди в листьях древесных и кустарниковых растений города Семей с кларком в растительности суши по В.В. Добровольскому (8 мг/кг) было выявлено, что средняя концентрация этого металла в некоторых пробах листьев древесных растений в городе не выше данного кларка.

Средняя концентрация кадмия для всех проб листьев, отобранных в городе Семей, составляет -0,452±0,163 мг/кг, а коэффициент вариации 69%.

По значению коэффициента вариации растения составляют следующий убывающий ряд:

Betula pendula Roth. (180,1%) > Populus tremula L. (99,2%) > Populus alba L. (96,3%) > Populus nigra L. (94,1%) > Salix alba L. (80,05%) > Populus pyramidalis Rozier. (65,9%) > Ulmus minor L. (47,7%) > Acer negundo L. (41,9%) > Syringa vulgaris L. (27,3%) > Ulmus glabra L. (19,5%) > Eleagnus argentea Pursch. (5,9%).

Ранжирование изученных видов древесных растений по возрастанию концентрации кадмия в листьях представлено на рисунке 3.

Как видно на графике высокой концентрацией кадмия в листьях характеризуются Betula pendula Roth. (1,61 мг/кг), Populus nigra L. (0,87 мг/кг), Salix alba L. (0,69 мг/кг), Populus pyramidalis Rozier. (0,49 мг/кг), Populus alba L. (0,45 мг/кг).

Наименьшая концентрация кадмия наблюдается у Acer negundo L. (0,08 мг/кг), Syringa vulgaris L. (0,09 мг/кг), Ulmus glabra L. (0,08 мг/кг), Eleagnus argentea Pursch. (0,10 мг/кг).

Значительные различия в коэффициенте вариации показали листья таких древесных растений как Populus tremula L. (150%) и - Salix alba L. (35%). Среднее значение вариации для древесных растении произрастающих в г. Семей древесных растений равняется - 85,24%

На основе полученных данных по коэффициенту вариации древесные растении расположились в данном убывающем порядке:

Populus tremula L. > Syringa vulgaris L .> Populus alba L. > Ulmus minor L. > Acer negundo L. > Betula pendula Roth. > Ulmus glabra L .> Populus pyramidalis Rozier. > Salix alba L.

Среднее содержание свинца в листьях совокупности изученных видов древесных растений составило 0,54±0,14 мг/кг.

Рисунок 3. Ранжирование видов древесных растений по содержанию кадмия в листьях, мг/кг сухой массы.

Ранжирование изученных видов древесных растений по возрастанию концентрации свинца в листьях представлено на рисунке 4.

По содержанию свинца в листьях древесных растении получается данный убывающий ряд:

Eleagnus argentea Pursch. (0,05 мг/кг) > Ulmus glabra L. (0,13 мг/кг) > Populus pyramidalis Rozier. (0,17 мг/кг) > Syringa vulgaris L. (0,18 мг/кг) > Populus alba L. (0,29 мг/кг) > Ulmus minor L. (0,29 мг/кг) > Populus trémula L. (0,44 мг/кг) > Populus nigra L. (0,50 мг/кг) > Betulapendula Roth. (0,70 мг/кг) > Acer negundo L. (0,84 мг/кг) > Salix alba L. (2,37 мг/кг).

По рисунку хорошо видно, что накопление свинца листьями древесных и кустарниковых растений происходит весьма неоднородно и глубоко видоспецифично. Наименьшие концентрации свинца в тканях листовой пластинки накопил Eleagnus argentea Pursch., наибольшие - Salix alba L.

Таким образом, для биоиндикационных целей по отношению к свинцу наиболее подходящими видами можно считать иву белую - Salix alba L. и клён ясенелистный - Acer negundo L. Данные виды накапливают значительные концентрации свинца по сравнению с другими, при этом накопление свинца адекватно увеличению нагрузки на урболандшафт.

По данным Кабата-Пендиас [2, с. 118], нормальное содержание свинца в зрелых листьях должно составлять 5-10 мг/кг сухой массы. Превышений по данному показателю нет.

РЬ

Рисунок 4. Ранжирование видов древесных растений по содержанию свинца в листьях, мг/кг сухой массы

Выводы:

1. Установлено, что по средней концентрации изученные элементы составляют следующий убывающий ряд, мг/кг: 2п

2. По величине коэффициента вариации изученные элементы образуют убывающий ряд, %: РЬ

3. Содержание тяжелых металлов в листьях древесных и кустарниковых пород растений зависит от видовых, морфологических и систематических особенностей растений, экологических условий их произрастания.

Список использованной литературы:

1. Ашихминой, Т.Я. Экологический мониторинг: Учебн. - методическое пособие / Т.Я. Ашихминой. - М., Академически проект, 2005.-55 с.

2. Смит, У. Х. Лес и атмосфера./ У. Х. Смит. - М.: Прогресс, 1985. - 429 с.

© И.Я. Григорьева, 2015

УДК 504.064.36

В.М Ерёмин

д.б.н., профессор А.С. Багдасарян к.б.н., доцент К.В. Кузькин

Аспирант Институт естественных наук и техносферной безопасности

Сахалинский государственный университет г.Южно-Сахалинск, Российская Федерация

К ВОПРОСУ ОБ ОЦЕНКЕ ЗАГРЯЗНЕННОСТИ ВОЗДУШНОЙ СРЕДЫ ПО АНАТОМИЧЕСКИМ ПРИЗНАКАМ РАСТЕНИЙ

Аннотация

Выявлена реакция анатомических структур стебля рябины смешанной ^гЬш commixta Hedl.) на загрязнение воздуха в г. Южно-Сахалинске. Показана возможность использования анатомических признаков однолетнего стебля для оценки общего уровня загрязнения.

Ключевые слова

Рябина смешанная, поллютанты, КИЗА, стебель, анатомический признак.

Степень загрязнения воздуха во многих городах достигла критических значений. Количество и набор поллютантов иногда даже не поддаются учету. Существующие физико-химические методы определения степени загазованности не всегда позволяют дать общую оценку состояния среды, так как нет ни методик определения всего спектра поллютантов в воздухе, ни необходимых реактивов для идентификации вновь появившихся фитотоксикантов.

Для оценки общей загазованности используют методы лихеноиндикации, но в городах лишайников фактически нет. Видимые признаки поражения листьев и стебля трудно оценить количественно в силу субъективности исследователя.

В последние годы делаются попытки оценки степени загрязнения на основе реакции анатомической структуры. Безусловно, положительной стороной этого метода является то, что растения реагируют на все компоненты, находящиеся в воздухе, поскольку растения не обладают избирательностью по отношению к фитотоксикантам, т.к. воздух через устьица поступает со всеми примесями, которые в нем находятся.

Для использования этого метода необходимо в каждом конкретном случае отбирать аборигенные виды, широко используемые в зеленом строительстве и лесном хозяйстве и имеющие широкую валентность по отношению к поллютантам [11 ^37].

В г. Южно-Сахалинске широко применяется для озеленения рябина смешанная (Sorbus commixta Hedl), которую можно встретить в любой точке города. Недаром Южно-Сахалинск называют рябиновым городом.

Материал и методика. Материал был собран в нескольких пунктах (перекрестки улиц города) и на юго-восточном склоне горы Большевик в сентябре 2009 года. В каждом из пунктов отобраны по три дерева рябины смешанной, хорошо развитые без признаков поражения вредителями и болезнями в возрасте 15-20 лет. Фоновым участком служил юго-восточный склон горы Большевик.

С каждого дерева в средней части кроны с наветренной стороны отбирали по три хорошо развитых побега последнего года. Из среднего междоузлия стебля каждого побега вырезали микрообразцы (0,5 см длиной) и фиксировали их в 96% этаноле. После двухнедельной выдержки из микрообразцов на санном микротоме с замораживающим столиком готовили поперечные и продольные срезы, которые окрашивали сафранином и нильским синим. Дифференциацию окраски осуществляли методом проводки окрашенных срезов через этанол 50-, 75-, 96% концентрации, карбол-ксилол, ксилол и заключали в канадский бальзам. Срезы готовили со всех побегов, но постоянные препараты изготовляли только с одного дерева, срезы с других деревьев использовали в качестве временных препаратов для контроля.

Препараты анализировали на фотонном микроскопе МИКМЕД-5, измерения осуществляли винтовым окуляр-микрометром МОВ-1-15. Результаты обработаны методом взвешенных вариационных рядов [7, с.20].

Результаты исследования. Однолетний стебель четко реагирует на загрязнение воздуха изменением анатомической структуры, что доказано на примере других видов [6, с.57; 8, с. 60; 9, с. 112]. Являются ли