Экология/2. Экологические и метеорологические проблемы больших городов
К.б.н.
Журавлева А.Н.
Удмуртский
государственный университет, Россия
Оценка эколого-физиологического состояния древесных растений в
насаждениях г. Ижевска
Урбанизация
действует как стрессовый фактор на все компоненты урбоэкосистем. Нарушение
физиологических функций растений в условиях городской среды является ответной
реакцией организма на комплекс негативных факторов природного и антропогенного
характера. Физиолого-биохимические показатели отражают негативные функциональные
нарушения и являются более чувствительными к неблагоприятным природным и
антропогенным факторам, по сравнению с морфологическими признаками (Бухарина, 2009).
Целью
нашей работы являлась оценка эколого-физиологического состояния древесных
растений на основе анализа содержания фотосинтетического пигмента и
аскорбиновой кислоты в листьях древесных растений произрастающих в условиях
техногенной нагрузки.
Исследования
проводились в г. Ижевске – крупном промышленном центре Уральского региона с
населением свыше 630 тыс. человек. Основными отраслями в промышленном комплексе
города являются металлургия, теплоэнергетика, металлообработка и
машиностроение.
Объектом исследования являлись древесные растения тополь
бальзамический (Populus balsamifera L), береза повислая (Betula pendula Roth.), произрастающие в
составе различных экологических категорий насаждений г. Ижевска:
примагистральные посадки (крупнейшие магистральные улицы Новоажимова и Кирова);
санитарно-защитные зоны (СЗЗ) промышленных предприятий – ОАО «Автозавод», ОАО «Завод
Пластмасс», являющихся одними из основных загрязнителей города. В качестве зон
условного контроля (ЗУК) были выбраны ветрозащитная лесополоса в 90 км от г.
Ижевска и территория городского бульвара им. Н.В. Гоголя площадью 1,4 га.
Дисперсионный многофакторный анализ
полученных нами результатов выявил существенность влияния видовых особенностей,
условий места произрастания а также их взаимодействия (Р<10-5),
на содержание хлорофилла в листьях древесных растений.
Анализ содержания фотосинтетического
пигмента в листьях древесных растений, произрастающих в изучаемых категориях
насаждений, показал, что в насаждениях санзон промышленных предприятий
содержание хлорофилла существенно возрастает по сравнению с зонами условного
контроля (на 559 мг%), а в примагистральных посадках, наоборот, снижается
на 147 мг%.
Анализ влияния видовых особенностей
растений на содержание хлорофилла показал, что содержание фотосинтетического
пигмента в листьях тополя бальзамического составляет 1569 мг%, у березы
повислой − 1144 мг%.
Сходство реакции фотосинтетического
аппарата тополя бальзамического и березы повислой проявляется в следующем: в
насаждениях СЗЗ промышленных предприятий содержание хлорофилла в листьях
увеличивается, а в примагистральных посадках становится ниже аналогичных
показателей в ЗУК. Наибольшие изменения содержания фотосинтетического пигмента
отмечаются в ряду ЗУК – СЗЗ промпредприятий для березы повислой (увеличение на
674 мг%), в ряду ЗУК − примагистральные посадки для тополя
бальзамического (уменьшение на 211 мг%).
В работах Г.М. Илькуна (1971, 1978)
отмечается некоторое положительное воздействие промышленных газов на процессы
фотосинтеза. Можно предположить, что в СЗЗ промышленных предприятий на растения
действует допустимый уровень загрязнения, что вызывает увеличение содержания
фотосинтетических пигментов, а в районе примагистральных посадок уровень
техногенной нагрузки достаточно высок, что растения претерпевают значительные
траты энергии и вещества на поддержание жизнедеятельности, что сказывается на
том, что в листьях растений процессы разрушения хлорофилла начинают преобладать
над его синтезом.
По обобщенным данным в урбанизированной
среде условия места произрастания оказывают значительное влияние на содержание
хлорофилла в листьях древесных растений. Самое высокое содержание хлорофилла в
листьях древесных растений наблюдалось в насаждениях
санзон промышленных предприятий. Мы полагаем, что в зоне влияния
промышленных предприятий на растения воздействует невысокий уровень
загрязнения. Большинство тяжелых металлов, содержащихся в аэротехногенных
выбросах и почвах, являются биогенными элементами, что ведет в некоторому росту
содержания хлорофилла, что также отмечалось в исследованиях ряда авторов
(Илькун, 1978; Веретенников, 1980; Бухарина, Поварницина,
Ведерников, 2007).
Содержание
аскорбиновой кислоты тесно связано с условиями произрастания и физиологическим
состоянием растительного организма. В связи с этим полагают, что определение концентрации
аскорбиновой кислоты, а также изменчивость этого показателя можно использовать
в биоиндикационных целях (Чупахина, 1997; Николаевский, 2002; Васфилов, 2003;
Неверова, Колмогорова, 2003).
Содержание аскорбиновой кислоты
значительно меняется в течение вегетации. Больше всего аскорбиновой кислоты
синтезируется в листьях растений, особенно на солнечной стороне.
Дисперсионный
многофакторный анализ полученных нами результатов выявил существенность влияния
видовых особенностей, условий места произрастания, а также их взаимодействия (Р<10-5)
на содержание аскорбиновой кислоты в листьях древесных растений.
Оценка влияния условий произрастания
показала, что при возрастании техногенной нагрузки отмечается достоверный рост
содержания аскорбиновой кислоты в листьях древесных растений в насаждениях СЗЗ
промышленных предприятий, в примагистральных посадках содержание аскорбиновой
кислоты достоверно снижается по сравнению с ЗУК практически в два раза.
Увеличение содержания данного метаболита в листьях древесных растений
насаждений санитарно-защитных зон промышленных предприятий свидетельствует об
его участии в механизмах адаптации растений к условиям урбаносреды. Снижение
содержания аскорбиновой кислоты в листьях древесных растений примагистральных
посадок вызвано, на наш взгляд, высокой степенью техногенной нагрузки.
Содержание аскорбиновой кислоты в листьях
зависит от видовых особенностей растений и условий места произрастания. С
увеличением техногенной нагрузки в ряду зоны условного контроля − СЗЗ
промышленных предприятий – примагистральные посадки у березы повислой и тополя
бальзамического существенно возрастает содержание аскорбиновой кислоты в зоне
влияния промышленных предприятий. В примагистральных посадках у обоих изучаемых
видов древесных растений содержание данного метаболита достоверно ниже, чем в
зоне условного контроля.
Таким образом, для древесных растений,
входящих в состав различных категорий насаждений г. Ижевска, характерно
увеличение содержания аскорбиновой кислоты в листьях в ряду ЗУК − СЗЗ
промышленных предприятий. При дальнейшем увеличении уровня техногенного
воздействия в ряду санитарно-защитные зоны промышленных предприятий −
примагистральные посадки отмечается снижение содержания аскорбиновой кислоты в
листьях исследуемых видов древесных и травянистых растений.
Таким
образом, необходимо отметить следующее содержание фотосинтетического пигмента и
аскорбиновой кислоты в листьях изученных древесных растений зависит от их
видовых особенностей, уровня техногенного воздействия и взаимодействия этих
факторов. У древесных растений содержание хлорофилла и аскорбиновой кислоты возрастает
в насаждениях санитарно-защитных зон промышленных предприятий и снижается в
примагистральных посадках.
Литература:
1.
Бухарина И.Л. Биоэкологические особенности древесных растений и обоснование их
использования в целях экологической оптимизации урбаносреды (на примере г.
Ижевска): Автореф. дис. … д-ра биол. наук. − Тольятти, 2009. – 37 с.
2.
Бухарина И.Л.,
Поварницина Т.М., Ведерников К.Е. Эколого-биологические особенности древесных
растений в урбанизированной среде. – Ижевск, 2007. – 216 с.
3.
Васфилов С.П. Возможные
пути негативного влияния кислых газов на растения // Журнал общей биологии. –
2003. – Т. 64, № 2. – С. 146-159.
4.
Веретенников А.В. Фотосинтез древесных растений. –
Воронеж: ВГУ, 1980. – 76 с.
5.
Илькун Г.М.
Газоустойчивость растений: вопросы экологии и физиологии. – Киев: Наукова
думка, 1971.
6.
Илькун Г.М. Загрязнители
атмосферы и растения. – Киев, 1978. – 246 с.
7.
Неверова О.А.,
Колмогорова Е.Ю. Древесные растения и урбанизированная среда: экологические и
биотехнологические аспекты. – Новосибирск: Наука, 2003. – 222 с.
8.
Николаевский В.С.
Экологическая оценка загрязнения среды и состояния наземных экосистем методами
фитоиндикации. – Пушкино: ВНИИЛМ, 2002. – 220 с.
9.
Чупахина Г.Н. Система
аскорбиновой кислоты растений. – Калининград: КГУ, 1997. – С. 90-120.