Морфологическая адаптация деревьев и кустарников к загрязнению атмосферного воздуха г. Улан-Удэ

БОТАНИКА

УДК 581.1

© Л.С. Лыкшитова, Н.М. Ловцова

МОРФОЛОГИЧЕСКАЯ АДАПТАЦИЯ ДЕРЕВЬЕВ И КУСТАРНИКОВ К ЗАГРЯЗНЕНИЮ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА Г. УЛАН-УДЭ

В статье на основе анализа проведенных исследований морфологических изменений листьев показано, что в г. Улан-Удэ в условиях техногенного загрязнения атмосферы у деревьев и кустарников вырабатываются сходные морфологические адаптивные признаки.

Ключевые слова: морфологическая адаптация, дисперсность листьев, запыленность листьев, древесные жизненные формы, кустарниковые жизненные формы.

L.S. Lykshitova, N.M. Lovtsova

MORPHOLOGICAL ADAPTATION OF TREES AND SHRUBS TO ATMOSPHERE AND AIR POLLUTION IN ULAN-UDE

In the article on the basis of the analysis of the researches of the leaves morphological changes it has been proved that trees and shrubs under technogenic air pollution condition in Ulan-Ude form similar morphological adaptive features.

Keywords: morphological adaptation, leaves dispersion, leaves dustiness, woody life forms, shrub life forms.

Одной из наиболее сложных форм воздействия городов на окружающую среду является загрязнение атмосферы промышленными предприятиями, транспортом, ТЭЦ и другими объектами. Однако установление баланса между развивающейся современной промышленностью и природной средой разрешимо в рамках построения экологического каркаса урбанизированной территории, в котором основную роль играют зеленые насаждения. Загрязнение атмосферы г. Улан-Удэ носит техногенный характер.

Необходимо выявить те породы древесной и кустарниковой растительности, которые наиболее приспособлены к экологическим условиям города и обладают газо- и пылепоглощающими свойствами.

Нами изучена дисперсность и запыленность листьев как показатели, способствующие отбору древесных и кустарниковых пород, обладающих наибольшими пыле-, газо- и дымоустойчивыми свойствами в условиях загрязнения атмосферного воздуха. В качестве объекта исследований взяты Ulmus pumila, Malus baccata, Syringa vulgaris. Ключевые участки были определены на основе данных эколого-геохимической карты города.

Участок 1. Железнодорожный район. Северная часть города. Предприятия-загрязнители - ТЭЦ-1 (1 класс опасности), ЛВРЗ (2 класс опасности). Источник загрязнения - пылегазо-вые выбросы ЛВРЗ. Загрязняющие вещества -ртуть, свинец.

Участок 2. Октябрьский район. Южная часть города. Является зоной устойчивого загрязнения, так как находится вблизи автомобильных дорог ул. Бабушкина. Предприятия-загрязнители - карьер строительных материалов, ЗСК, текстильные и деревообрабатывающие предприятия, мелькомбинат. Загрязняющие вещества - ртуть, свинец.

Участок 3. Советский район. Центральная часть. Предприятия-загрязнители - завод металлоизделий, судостроительный завод, склады энергоносителей. Загрязняющие вещества -ртуть, свинец. В качестве эталонного участка был взят участок в Селенгинском районе, на территории, примыкающей к оз. Щучье. Он находится в естественной экосистеме недалеко от города, а в районе эталонного участка отсутствуют предприятия, загрязняющего среду. Исследования проводились в течение двух сезонов (2011-2012).

Исследования запыленности листьев. Уровень пылевого загрязнения листьев является показателем напряженности экосистемы, поэтому по степени загрязнения листьев можно судить о степени загрязнения экосистемы. При отборе проб (листьев) учитывали возраст и ярус растения. Запыленность листьев определяли по разнице в весе запыленной и чистой листовой пластинки. Данные исследований приведены в таблице 1.

Таблица 1

Динамика показателей запыленности листьев древесных и кустарниковых видов _(в%)_

Уч. Malus baccata

2011 2012 2011 2012 2011 2012

1 7,0±0,01 2,14± 0,2 6,6± 0,01 2,23±0,03 9,6±0,03 1,85±0,02

2 14,0±0,02 1,64± ,04 12,0± ,03 0,94±0,01 9,6±0,05 2,68± 0,1

3 23,3±0,2 1,18± 0,1 13,65±01 1,4 ±0,1 5,3±0,01 2,04±0,01

Этал.уч-к 1,5± ,01 3,3± 0,2 0,8± 0,01 1,8± 02 12,1±0,02 2,6± 0,1

Как видно из данных таблицы 1, в 2011 г. показатель запыленности листьев на всех ключевых участках был выше у всех видов растений. Это объясняется тем, что 2011 г. был более сухим, чем 2012 г. Сезон 2012 г. отличался повышенной влажностью и частыми осадками в виде дождя. Они смывали накопившуюся пыль, что и привело к уменьшению запыленности листьев. В 2011 г. сравнение показателей запыленности листьев по видам растений показало, что процент запыленности листьев отличается по участкам. На первом участке у яблони и ильма он примерно одинаков и составляет 7 и 6% соответственно, тогда как у сирени - 9,6%. На втором участке процент запыленности листьев, наоборот, выше у яблони и ильма, а у сирени ниже, но такой же, как и на первом участке. На третьем участке показатель запыленности неравномерен и составляет 23,3% у яблони, 13,65% у ильма, 5,3% у сирени. Интересно отметить, что запыленность у двух видов - яблони и ильма - на первом участке ниже, чем на втором и третьем, несмотря на то что основными загрязнителями являются пылегазовые выбросы ЛВРЗ (первый участок), текстильные и деревообрабатывающие предприятия (второй участок). Это, видимо, объясняется тем, что на трубах ЛВРЗ имеются защитные фильтры, а предприятия второго участка небольшие и особо атмосферу не загрязняют. Сравнение исследуемого показателя запыленности у исследуемых видов показало, что у древесных видов яблони и ильма приземистого они меняются в зависимости от участка исследования - низкие на первом участке и высокие на втором и третьем участках. В то же время у сирени, которая относится к кустарникам, показатели запыления одинаковы на первом и втором участках и немного ниже - на третьем. Это может объясняться морфологическими особенностями строения листовой пластинки сирени. В отличие от листовых пластинок яблони и ильма, у сирени они гладкие, поэтому пыль может сдуваться ветром. Опушение листьев яблони и ильма способствует удержанию пыли, поэтому их можно рекомендовать для озеленения территорий с повышенной запы-

ленностью. При рассмотрении показателей запыленности листьев исследуемых видов, проведенных в 2012 г., выявилась интересная закономерность: показатели запыления были значительно ниже в сравнении с 2011 г. у всех трех видов. При этом процент запыления и у яблони и ильма различается, а у сирени был примерно одинаков на всех трех участках. Видимо, это связано с более влажной и дождливой погодой вегетационного периода 2012 г., когда осадки смывали всю пыль. Сравнение показало, что процент запыления был ниже на эталонном участке. На основании данных о запылении листьев древесных и кустарниковых видов на трех ключевых участках можно сделать вывод о том, что в 2011 г. наиболее экологически напряженным был третий участок, а наименее - первый. В 2012 г. все три ключевых участка в связи со специфическими климатическими условиями экологического напряжения не испытывали. В сложной и взаимообусловленной системе «растения - промышленная среда» наблюдается не только воздействие растений на окружающую среду, но и неизбежное обратное влияние среды на растения. Загрязнение среды отрицательно сказывается на зеленых растениях, приводя к нарушениям физиологических и биохимических процессов. Однако некоторые растения могут произрастать на территории, подвергающейся техногенному загрязнению, адаптируясь к пыле-газовым выбросам. Каждый вид растений обладает разной устойчивостью к вредным воздействиям. Обычно в зоне повреждения одни виды сильно повреждаются, другие снижают продуктивность, третьи не имеют признаков повреждения и успешно выполняют функции очистки воздуха. Такие растения должны эффективно вырабатывать действующие механизмы адаптации к загрязнению среды. Поэтому проблема изучения таких механизмов в последнее время стала очень актуальной. Поскольку функцию очищения воздуха выполняют листья, мы исследовали, как изменяется дисперсность листьев растений, обитающих в техногенной среде. Дисперсность листьев - это показатель количества листьев на 1 м2. По этому показателю можно

Л.С. Лыкшитова, Н.М. Ловцова. Морфологическая адаптация деревьев и кустарников к загрязнению атмосферного воздуха г. Улан-Удэ

судить, испытывает ли растение угнетающее состояние. Данные по изучению дисперсности воздействие окружающей среды и стрессовое приведены в таблице 2.

Таблица 2

Динамика дисперсности листьев древесных и кустарниковых видов

Уч Malus baccata

2011 2012 2011 2012 2011 2012

1 57,4±0,1 58,1±0,4 53,1± 0,3 68,3±0,2 56,1±0,2 43,8±0,3

2 70,5± 0,1 52,8±0,2 83,3± 0,2 80,8±0,1 60,1±0,6 45,2±0,2

3 70,5± 0,3 57,2±0,2 61,4± 0,2 80,5±0,2 69,3±0,04 58,4±0,02

Этал. уч-к 79,3±0,6 196±0,3 79,5±0,5

Из данных таблицы видно, что по сравнению с эталонным участком в условиях техногенного загрязнения у всех видов растений уменьшается дисперсность листьев: у яблони -на 7%, ильма - на 39%, сирени - на 6%. Особенно резкое уменьшение количества листьев на 1 м2 наблюдается у ильма, что может означать более сильную стрессовую реакцию на загрязнение. В то же время у яблони и сирени ответная реакция примерно одинакова и составляет 7 и 6%. Сравнение показателей дисперсности листьев за 2011 г. и 2012 г. выявило, что у яблони этот показатель на первом участке не изменился. А на втором и третьем снизился в 2012 г. на 8%. У ильма на первом участке немного повысился по сравнению с 2011 г., на втором изменился незначительно, на третьем - увеличился примерно на 7%. У сирени на всех участках отмечается

Количество усты

примерно одинаковое снижение. В целом можно отметить, что исследуемые виды растений реагируют на загрязнение среды неодинаково. Наиболее устойчивыми оказались яблоня и ильм. Так, дисперсность листьев в сравнении с эталонным участком в городской среде у них снизилась до 6-7%, тогда как у ильма наблюдалось резкое снижение дисперсности листьев. Известно, что загрязнение среды в первую очередь влияет на устьичный аппарат растений. Основными функциями устьиц являются газообмен и транспирация. Нарушение функций этих устьиц может привести к гибели листьев и всего растения в целом [Лыкшитова, 2013].

Мы подсчитали количество устьиц на листовых пластинках исследуемых видов растений на ключевых и эталонном участках. Данные исследований приведены в таблице 3.

Таблица 3

Участок Malus baccata

1 300 522 178

2 275 391 224

3 333 464 217

Эталонный участок 127 138 100

Из данных таблицы видно, на эталонном участке наибольшее количество устьиц отмечается у ильма приземистого и составляет 138, у яблони - 127, у сирени - 100. В условиях загрязнения среды их число на листовых пластинках всех исследуемых видов резко увеличивается. Это является морфологическим адаптивным приспособлением к выживанию растений в условиях загрязнения атмосферы. Увеличение количества устьиц на листовых пластинках компенсирует уменьшение дисперсности листьев, как было показано ранее. Это связано с тем, что уменьшение площади листьев приводит к сокращению устьичного аппарата, поэтому увели-

чение количества устьиц при уменьшении общей площади листовых пластинок способствует сохранению функций газообмена и транспира-ции листьев. Данные о количестве устьиц хорошо коррелируют с данными о дисперсности листьев. Как было указано ранее, наибольшее уменьшение дисперсности листьев отмечалось у ильма. Данные о количестве устьиц свидетельствуют о том, что у ильма уменьшение количества листьев на м2, компенсировалось более резким увеличением количества устьиц. Так, в среднем по трем участкам у ильма приземистого количество устьиц возросло в сравнении с эталонным участком на 321, тогда как у яблони и

сирени 175 и 106 соответственно. Это свидетельствует о том, что ильм хорошо адаптируется к неблагоприятным условиям среды. Таким образом, можно отметить, что в условиях техногенного загрязнения атмосферы г. Улан-Удэ как древесные жизненные формы (яблоня и ильм), так и кустарниковые (сирень) довольно хорошо адаптируются к загрязнению атмосферы. У всех видов активизируются морфологические механизмы адаптации. В условиях более сильного пылевого загрязнения можно рекомендовать древесные формы - яблоня и ильм.

Литература

1. Лыкшитова Л.С. Особенности взаимосвязи интенсивности транспирации кустарников (Ulmus pumila (L.), Malus baccata (L.), Syringa vulgaris (L.)) и

концентрации свинца и ртути в почвах г. Улан-Удэ // Структура, функционирование биосистем и экологическая безопасность: к 80-летию биолого-географического и химического факультетов Бурятского госуниверситета: материалы науч.-практ. конф.: в 2-х ч. / отв. ред. Ц.З. Доржиев. - Улан-Удэ: Изд-во Бурятского госуниверситета, 2012. - Ч. 2. -С. 49-54 .

2. Лыкшитова Л.С. Сравнительный анализ мор-фометрических параметров листьев древесных пород (Ulmus pumila (L.), Malus baccata (L.), Syringa vulgaris (L.)) в условиях г. Улан-Удэ // Растительность Байкальского региона и сопредельных территорий: материалы всероссийской школы-конференции с участием иностранных ученых (г. Улан-Удэ, 11-13 ноября 2013 г.). - Улан-Удэ: Изд-во Бурятского госуниверситета, 2013. - С. 109-112.

Лыкшитова Людмила Станиславовна, аспирант кафедры ботаники Бурятского госуниверситета. Тел.: 89146378085. E-mail:Gara06@yandex.ru

Ловцова Наталья Михайловна, кандидат биологических наук, доцент кафедры ботаники Бурятского госуниверситета. Тел.: 89148485155. E-mail: lovnat57@mail.ru

Lykshitova Luydmila Stanislavovna, postgraduate student, department of botany, Buryat State University. Ph.: 89146378085.

Lovtsova Natalya Mikhailovna, candidate of biological sciences, associate professor, department of botany, Buryat State University. Ph.: 89148485155.