Биологический анализ хвои, шишек и семян сосны обыкновенной в условиях городской среды

Биологический анализ хвои, шишек и семян сосны обыкновенной в условиях городской среды

Е.М. Ангальт, соискатель,

Н.А. Жамурина, к.б.н., Оренбургский ГАУ

В сложных экологических условиях городов лесные насаждения выполняют ряд важных функций: средоформирующую, санитарно-гигиеническую, рекреационную, во многом определяя степень комфортности городской среды и, следовательно, здоровье жителей [1]. Одна из главных проблем городов — загрязнение окружающей среды, и особенно воздуха [2].

Основным источником загрязнения атмосферного воздуха в Оренбурге являются выбросы

автотранспорта (63%). К преобладающим веществам, которые определяют степень загрязнения воздушной среды города, относятся взвешенные вещества (пыль), диоксид серы, диоксид азота, сероводород, формальдегид, оксид углерода, бенз(а) пирен, фенол, фторид водорода, кадмий, медь и свинец [3].

Общая площадь зелёных насаждений г. Оренбурга, призванных сглаживать негативное влияние загрязнения окружающей среды, недостаточна и составляет немногим более 2200 га. Обеспеченность зелёными насаждениями в расчёте на одного жителя города составляет 3,7 м2, т.е. в 4 раза ниже

нормы, равной 16 м2, и в 6 раз ниже предусмотренной генеральным планом города Оренбурга (21,6 м2 на 1 жителя) [4].

При озеленении г. Оренбурга широко используются хвойные деревья, среди которых наибольшее распространение имеет сосна обыкновенная (Pinus sylvestris L.). Деревья сосны обыкновенной, произрастающие в урбанизированной среде, принимают на себя газопылевые выбросы транспортных потоков и неблагоприятное изменение почвенных режимов (переуплотнение и засоление почвы, недостаток кислорода, повышенное содержание оксидов), что ведёт к замедлению или прекращению их нормального роста и развития.

Цель исследований — изучение некоторых особенностей и состояния сосны обыкновенной в урбанизированной среде г. Оренбурга.

Объектами исследований являлись деревья сосны, произрастающие в придорожных посадках вдоль автомобильных дорог и в насаждении, удаленном от автомобильных дорог.

Придорожные посадки изучали на пр. Гагарина, ул. Чкалова, пр. Победы, пр. Дзержинского, являющихся основными дорогами г. Оренбурга и характеризующихся интенсивным движением автомобильного транспорта (объект 1). В качестве контроля изучали деревья в насаждении Качкар-ский мар, представляющем собой сосново-ясеневые и сосновые посадки 1961—1969 гг., удалённые от дорог на 2,5 км (объект 2).

Методика исследования. Состояние деревьев изучали в соответствии с Правилами санитарной безопасности в лесах РФ [5]. При обследовании шишек использовали методику Правдина [6], посевные качества семян сосны определяли по ГОСТу 13056.4-97. Физиологические показатели хвои: содержание хлорофилла, интенсивность дыхания и активность каталазы исследовали по общепринятым в физиологии растений методикам [7].

Всего было обследовано 478 деревьев, собрано 600 образцов хвои, 425 образцов шишек и 300 образцов семян сосны обыкновенной.

Результаты исследования. Выявлено, что в урочище Качкарский мар большая часть деревьев не имеет видимых признаков ослабления, а деревья в придорожных посадках распределены следующим образом: сильно ослаблены — 60%, усыхают — 20, ослаблены — 13, сухостой — 7%. На деревьях при-

сутствует только однолетняя хвоя, её поверхность покрыта пылью, присутствуют хлорозы и некрозы (табл. 1), прирост за последние несколько лет минимален и составляет 2—3 см.

Деревья, произрастающие в лесном массиве, существенных признаков ослабления не имеют, хотя и выявлен относительно невысокий процент (до 15%) хвои с наличием некротических пятен.

Результаты морфометрического анализа хвои и шишек демонстрируют достоверное снижение всех показателей у деревьев, произрастающих в придорожных посадках, по сравнению с соснами в насаждении. Исключение составляет показатель числа хвоинок на 1 см побега, их число увеличивается (табл. 2).

Снижение размеров женских шишек под действием неблагоприятных факторов среды отмечается многими исследователями [3, 8, 9]. Ослабленные деревья не могут удовлетворительно обеспечивать снабжение питательными веществами почек с зачатками макростробилов, что и приводит к уменьшению их размеров [8]. По общей оценке, параметры хвои и шишек на обоих объектах в пределах нормы.

Положительная, но невысокая корреляция выявлена между длиной шишки и выходом семян (г = 0,396). Более тесно коррелирует с выходом семян масса одной шишки (г = 0,457) (Р>0,95).

Результаты, отражающие влияние городских условий на репродуктивную функцию сосны, получены при оценке урожайности семян и качества семенного материала. В придорожных посадках происходит статистически достоверное снижение количества семян в расчёте на одну шишку и доли полнозернистых семян (табл. 3).

Данные таблицы 3 говорят о статистически достоверном снижении качества семян сосны

1. Повреждённость хвои сосны, %

Показатель Объект

Здоровая хвоя 0,0 74,6

Некроз:

- точечный 44,7 12,2

- 74 хвоинки 27,1 4,0

- 72 хвоинки 7,2 3,1

- 3/4 хвоинки 14,8 3,0

Сухая хвоя 6,2 3,1

Итого 100 100

2. Морфометрическая характеристика хвои и шишек сосны

Показатель Объект

М±т V, % М±т V, %

Масса хвоинки, мг 0,09±0,02 7,12 0,11±0,02 17,82

Длина хвоинки, см 5,78±0,23 7,99 6,70±0,23 4,23

Число хвоинок, шт. на 1 см побега 12,10 ±0,35 5,80 10,13±0,40 2,94

Длина шишки, см 3,84±0,14 7,13 4,08±0,04 5,09

Ширина шишки, см 1,82±0,06 12,32 2,07±0,08 13,09

Масса шишки, г 4,18±0,46 13,21 4,56±0,42 8,52

Число семян в шишке, шт. 12,49±1,71 3,35 17,88±0,93 0,79

4. Физиологические показатели хвои сосны по сезонам года

3. Показатели качества семян сосны

Показатель Объект

X±Sx V, % X±Sx V, %

Полнозернистость семян, % 50,37±0,64 3,91 78,35±1,01 3,01

Всхожесть, % 65,55±1,18 3,21 81,32±1,27 1,21

Энергия прорастания, % 56,23±1,12 4,02 66,28±1,42 1,46

Осень Зима Весна Лето

Показатель объект

1 2 1 2 1 2 1 2

Количество хлорофилла, % на сырое вещество

X±m 0,19±0,02 0,61±0,03 0,17±0,01 0,58±0,03 0,22±0,02 0,60±0,04 0,34±0,02 0,62±0,04

V, % 8,7 6,2 10,1 6,3 8,9 7,0 8,1 5,9

Интенсивность дыхания, мг CO2 на 1 г в 1 ч

X±m 4,81±0,32 3,92±0,19 0,61±0,04 0,41±0,03 4,36±0,24 3,76±0,14 8,42±0,36 6,39±0,45

V, % 7,7 5,7 7,8 8,6 6,4 4,1 4,9 8,1

Активность каталазы, мл 0,1 н. КМп04 на 1 г в 1 ч

X±m 2,2±0,2 5,3±0,4 2,3±0,2 3,9±0,8 3,4±0,3 5,8±0,3 6,2±0,9 7,9±0,4

V, % 8,0 9,5 4,5 10,8 5,6 10,3 9,4 6,4

обыкновенной внутри города (Р>0,95). Энергия прорастания семян, собранных с деревьев в придорожных посадках, по сравнению с энергией прорастания семян, собранных в условно чистой зоне, снижается на 15,2%, всхожесть — на 19,4% и полнозернистость — на 35,7%. Принимая во внимание выход полнозернистых семян, можно подсчитать количество проростков, готовых к дальнейшему росту в расчёте на одну шишку. Это количество составляет соответственно 6 шт. — в объекте 1 и 15 шт. — в объекте 2. Поэтому можно предположить, что количество потенциально жизнеспособных всходов сосны может быть в 2,5 раза выше в условно чистой части города, чем в зоне основных выбросов автотранспорта. Однако, если учитывать негативное влияние загрязнённых городских почв, разница возрастёт из-за меньшего количества участков, пригодных для появления всходов сосны.

При изучении основных физиологических показателей хвои сосны также выявлено достоверное снижение всех параметров у деревьев, произрастающих возле автодорог.

В динамике количества хлорофилла в хвое сосны наблюдается сезонная изменчивость. Наибольшее количество хлорофилла содержится летом, наименьшее — зимой. Соотношение между зимним минимумом и летним максимумом на объекте 1 равно 1:2; на объекте 2 количество хлорофилла по сезонам года меняется в пределах 0,58—0,62%. Пожелтение хвои в зимний период чаще всего обусловлено фотоокислением хлорофилла. Загрязнение воздуха ещё более снижает содержание хлорофилла, что свидетельствует о большей чувствительности поражённой хвои к влиянию зимнего стресса. Различия по содержанию хлорофилла

между показателями объекта 1 и 2 составляют 45-71% (табл. 4).

Большинство исследованных растений обладают пониженной активностью каталазы на загрязнённых участках произрастания. В придорожных посадках по сравнению с деревьями в насаждениях отмечается статистически значимое снижение активности фермента каталазы (на 58%).

Вывод. Таким образом, исследование сосны обыкновенной, проведённое с использованием ряда параметров, показало статистически подтверждаемое снижение её жизненного состояния на городской территории, загрязнённой выбросами автотранспорта. Наиболее наглядными параметрами состояния сосны обыкновенной в условиях города оказались длина и масса шишек, энергия прорастания семян и активность каталазы в хвое. Полученные данные можно использовать при биоиндикационной оценке состояния сосны обыкновенной в условиях г. Оренбурга.

Литература

1. Шумовская Д.А. Нормы озеленения современного города: мечты и реальность // Проблемы региональной экологии. 2000. № 2. С. 45-50.

2. Барайщук Г.В., Гайвас А.А. Состояние хвойных насаждений Омска // Лесное хозяйство. 2005. № 1. С. 33-34.

3. Комплексный отчёт о состоянии окружающей среды в Оренбургской области за 2012 год. Оренбург, 2013.

4. Положение «О развитии системы зелёных насаждений в городе Оренбурге» от 26.08.1999 N 112 (ред. от 04.12.2007).

5. Правила санитарной безопасности в лесах РФ. М., 2007.

6. Правдин Л.Ф. Сосна обыкновенная. М.: Наука, 1964. 190 с.

7. Щукин В.Б., Громов А.А. Практикум по физиологии растений. 2-е изд. Оренбург: Издательский центр ОГАУ, 2008. 176 с.

8. Аникеев Д.Р., Бабушкина Л.Г., Зуева Г.В. Состояние репродуктивной системы сосны обыкновенной при аэротехногенном загрязнении. Екатеринбург: УГЛА, 2000. 81 с.

9. Орехова Т.П., Шихова Н.С. Оценка плодоношения и качества семян как один из критериев устойчивости деревянистых растений в урбаэкосистемах г. Владивостока // Материалы XI съезда Русского ботанического общества. Владивосток, 2005. С. 213-215.