Экология / 2. Экологические и метеорологические проблемы больших городов и промышленных зон

к.б.н., доцент Денисова Е.С.; к.с-х.н., доцент Еремеева В.Г.

Омский государственный технический университет,

Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия, Россия

ГАЗОУСТОЙЧИВОСТЬ КЛЕНА ЯСЕНЕЛИСТНОГО

В ТЕХНОГЕННОЙ СРЕДЕ НЕФТЕХИМИЧЕСКИХ

ПРЕДПРИЯТИЙ ЗАПАДНОЙ СИБИРИ

В условиях повышенного загрязнения атмосферы насаждения должны быть высокоустойчивыми, только в этом случае они смогут служить надежным фильтром, эффективно очищающим воздух от примесей [1-3]. Нами определялась газоустойчивость клена при искусственной экспозиции токсикантами: растворами серной кислоты, углеводородами, сажей, а также в естественных условиях произрастания вблизи предприятия по выпуску технического углерода г. Омск. «Техуглерод» в настоящее время является одним из крупнейших по мощности предприятием отрасли в России, завод характеризуется высоким содержанием органических веществ и сажи в производственных выбросах [1-3]. По проведенным предварительным исследованиям почвы всех опытных участков характеризуются сходным агрохимическим и механическим составом, представлены черноземами, по механическому составу являющимися тяжелыми суглинками [2].

Результаты и их обсуждение. Клен ясенелистный (Acer negundo L.) нетребователен к  плодородию почвы, светолюбив, морозо- и засухоустойчив, быстрорастущ [3]. Наблюдения за растениями в зонах загазованности не обнаружили никаких морфологических изменений. Опрыскивание листьев уже 0,25% раствором серной кислоты вызвало побурение отдельных участков листьев. Среди всех изученных углеводородов только фенол в максимальной концентрации привел к обесцвечиванию и скручиванию листовой пластинки.

Поскольку пылевидные частицы предприятий по выпуску техуглерода не обладают высокой реакционной способностью и являются рН нейтральными, они должны оказывать, главным образом, физическое влияние, связанное с образованием чехла, препятствующего нормальному тепло- и влагообмену листа с атмосферой, что вызывает более  раннее установление водного дефицита растений. Содержание воды в листьях клена составило 65 - 85%. С приближением к источнику загрязнения содержание воды в листьях увеличивается на 10 - 30% (р < 0,001). Увеличение обводненности листьев деревьев, по-видимому, следует рассматривать как видовую приспособительную реакцию растения на неблагоприятные условия среды. Отмечено достоверное повышение водного дефицита в загрязненных зонах на 10 - 110%.

Смещения рН в загрязненных зонах незначительны, различия между показателями рН контрольных растений и произрастающих при атмосферном загрязнении становятся достоверными только на территории источника, разница составляет 7 - 10%.

Аэротехногенное загрязнение вызвало повышение содержания хлорофиллов и каротиноидов в листьях клена. Содержание хлорофиллов в загрязненных зонах составляло 130 - 220% от контрольных аналогов, каротиноидов – 125 - 210% (р < 0,001). Изменения в пигментном комплексе происходят главным образом за счет изменения содержания хлорофилла в. Это можно объяснить тем, что свободная форма хлорофилла менее стойка к воздействию различных агентов, чем форма, связанная с белком [3].  Можно отметить также наиболее высокое относительное содержание хлорофилла а по сравнению с хлорофиллом в в начале вегетационного периода. Это связано, по-видимому, с тем, что хлорофилл в образуется из особого фонда более лабильных молекул хлорофилла а, биосинтез которых подавляется в первую очередь при нарушениях физиологического состояния клетки. Ответная реакция пигментного комплекса растений на действие серной кислоты заключена в достоверном (при р<0,05–0,001) снижении количества хлорофиллов и каротиноидов - прямо пропорционально наносимой концентрации. После нанесения сажи отмечено небольшое (на 10-20%)  понижение хлорофиллов и каротиноидов. Различия между опытными и контрольными листьями в ряде случаев не достоверны. Не отмечено четкой зависимости между дозой и эффектом. Видимо, небольшой срок нахождения слоя сажи на листьях при эксперименте недостаточен для глубокого снижения пигментов, ввиду ее относительно низкой токсичности для растений.

Снижение активности каталазы в загрязненных зонах доходило до 80% от контрольных аналогов, сам этот показатель у клена имеет небольшие значения – 0,2-3 единицы (мл 0,1 н Н2О2), на территории предприятия в июле и в августе активность каталазы падает до нуля. После опрыскивания серной кислотой различных концентраций в июле активность каталазы клена падает до нуля, в августе при обработке 0,25% раствором активность фермента снижается до 11 - 14% к контролю, в дальнейшем, с увеличением концентрации действующего токсиканта, снова опускается до нуля.  Анализ данных об активности каталазы после опудривания показал ее достоверное снижение, в июне при концентрации опудривания 60 мг/м3 активность каталазы падает до нуля (ŋ=0,96; р < 0,001).

Наблюдалось плавное активирование полифенолоксидазы с повышением загазованности местообитания; так, на территории источника в июне активность фермента достигает 12500% от контроля, в августе же повышение составляет 236%. Это свидетельствует о большей чувствительности молодых листьев клена. После действия кислотой отмечено ингибирование полифенолоксидазы, которое - с увеличением дозы токсиканта - продолжало прогрессировать. Падение активности фермента в ответ на высокие концентрации можно объяснить уменьшением поглощения газов, которое может наступить вследствие закрывания устьиц. В случае с полифенолоксидазой частичное восстановление нарушений через 72 часа после опрыскивания, как это было с каталазой, отмечено не было. Наоборот, смещения в активности этого фермента продолжали  усугубляться. Отсюда можно сделать вывод, что каталаза является более чувствительной к действию вредных соединений, сразу реагируя на них. А нарушения в активности полифенолоксидазы проявляются медленнее и остаются на более долгий срок. После экспозиции углеводородами активирование полифенолоксидазы сменяется ее ингибированием с повышением концентрации. Повышение активности полифенолоксидазы (105 - 136% к контролю) наблюдали в отношении менее токсичного метана и при низких концентрациях толуола, бензола. При суммарном действии ароматических углеводородов активность полифенолоксидазы клена значительно повышалась - до 180 - 360% к контрольным листьям.

Активирование пероксидазы в загрязненных зонах составляет 101 - 132%. Одной из существенных физиологических причин устойчивости к газам при дыхании является соответствующая перестройка всей дыхательной системы и, в частности, увеличение активности пероксидазы и полифенолоксидазы, которые дают растениям возможность в неблагоприятных условиях добывать энергию, необходимую для поддержания жизнедеятельности. Понижение активности ферментов, по-видимому, связано со снижением физиологической активности растительного организма под влиянием газов.  У клена повышение пероксидазы составляет в среднем  200% во всех случаях, кроме экспозиции фенолом, при действии  последнего активность фермента падает почти в 2 раза.

Литература:

1.                        Денисова, Е.С. Газопоглотительная способность некоторых древесных растений Западной Сибири [Текст] / Е.С. Денисова, Е.В. Алексеенко // Омский научный вестник. Сер. Ресурсы Земли. Человек. - 2010. - №1 (94). - С.211-215.

2.                         Денисова, Е.С. Химический состав древесных растений в техногенной среде нефтехимических предприятий Западной Сибири [Текст] / Е.С. Денисова // Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе. Сер. 10. - 2010. - С. 28-33.

3.                        Еремеева, В.Г. Газоустойчивость древесных растений Западной Сибири [Текст] / В.Г. Еремеева,  Е.С. Денисова // Сибирский экологический журнал. - 2011 – №2. – С. 263-271.