К. с.-х.н. Цандекова О.Л.

Институт экологии человека СО РАН, Россия

Влияние экологических условий угольного отвала на накопление пигментов в хвое сосны обыкновенной

Угледобыча открытым способом сопровождается серьезными экологическими изменениями почв и растительного покрова. Происходит изменение рельефа местности, нарушение почвенного покрова, что приводит к нарушению биогеоценоза в целом. В Кузбассе нарушено около 100 тыс. га земель, из них большую площадь занимают отвалы вскрышных пород. Поэтому экологическая реабилитация техногенных земель становится социально важной и неотложной проблемой. Основным направлением восстановления техногенно нарушенных земель является лесная рекультивация. Одной из основных лесообразующих пород, широко используемой в биологической рекультивации нарушенных земель угольных месторождений Кузбасса является сосна обыкновенная (Pinus sylvestris L.). Она является одной из лучших фитомелиорантов отвалов, а по нетребовательности к почвенному плодородию превосходит многие лесообразующие породы [1].

Экстремальные условия нарушенных земель отвалов оказывают неблагоприятное воздействие на рост и развитие растений, особенно на их ассимиляционный аппарат. Одним из основных фотосинтетических показателей является количество растительных пигментов, который зависит от вида и возраста растения, а также различных экологических условий среды. Известно, что основным из фотосинтетических пигментов растений является хлорофилл а, который образует реакционные центры, участвующие в световой фазе фотосинтеза [3, 4]. При уменьшении содержания хлорофилла а в растениях происходит увеличение доли вспомогательного пигмента – хлорофилла b, защищающего ткани от окисления кислородом на свету, что может рассматриваться как адаптивная реакция ассимиляционного аппарата растений [5].

Целью работы явилось изучение влияния различных экологических условий угольного отвала на накопление пигментов в хвое сосны обыкновенной. В качестве объектов исследований были выбраны посадки сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.) разного возраста: I – 10-15 лет, II – 20-25 лет. Одним из основных способов лесной рекультивации является нанесение потенциально плодородного слоя (ППС). В связи с этим, для исследований были заложены три площадки наблюдений (ПН) на территории отвала «Южный» разреза «Кедровский» Кемеровской области (с нанесенем ППС и без нанесения ППС): ПН 1 – спланированный отвал с нанесением ППС, ПН 2 – межотвальная впадина без нанесения ППС, ПН 3 – спланированный отвал без нанесения ППС.

Для исследований использовали пять модельных деревьев с каждой площадки наблюдений. У каждой возрастной категории деревьев отбирали хвою второго года, без видимых признаков повреждений, хорошего и удовлетворительного жизненного состояния, собранной с нижней трети кроны с южной стороны с помощью секатора. Содержание пигментов определяли спектрофотометрическим методом (с использованием спектрофотометра LEKI SS 1207) в трехкратной повторности по величине оптической плотности при 663, 645 и 440,5 нм [2].

Анализ полученных результатов показал, что в хвое сосны обыкновенной разного возраста и на всех площадках наблюдений отмечены более высокие концентрации хлорофилла а и суммы хлорофиллов, по сравнению с хлорофиллом b и суммой каротиноидов. Содержание хлорофилла а у сосны в хвое варьировало в пределах от 0,45 мг/г до 1,11 мг/г, суммы хлорофиллов – от 0,59 мг/г до 1,52 мг/г, а хлорофилла b – от 0,14 мг/г до 0,41 мг/г, суммы каротиноидов – от 0,27 мг/г до 0,60 мг/г. Отмечено, что у сосны второй возрастной категории показатели по содержанию пигментов выше на всех исследуемых площадках, чем в первой возрастной категории.

У сосны обыкновенной разного возраста и в различных экологических условиях угольного отвала отмечены некоторые отличия по накоплению хлорофиллов и каротиноидов. Максимальные значения содержания суммы хлорофиллов (а+b) и суммы каротиноидов выявлены у сосны, произрастающей на площадках без нанесения ППС – ПН2 и ПН3. Так, у сосны первой возрастной категории значения варьировала в пределах от 0,25 мг/г до 0,95 мг/г, что выше на 33-44%, чем на отвале с нанесением ППС (ПН1) (рис. 1).

Рис.1. Содержание пигментов в хвое сосны обыкновенной, произрастающей в условиях угольного отвала (средние данные 2011 года), мг/г

Примечание: ПН1 – спланированный отвал с нанесением ППС; ПН2 – межотвальная впадина без нанесения ППС; ПН3 – спланированный отвал без нанесения ППС.

У сосны второй возрастной категории отмечены более высокие величины на спланированном отвале с нанесением ППС (ПН1) по сравнению площадками без нанесения ППС – ПН2 и ПН3 (концентрация хлорофилла а на 14 и 23%, хлорофилла b – на 17 и 24%, суммы хлорофиллов – на 14 и 24%, суммы каротиноидов – на 12 и 23% соответственно).

Таким образом, выявлены различные реакции в накоплении пигментов, которые зависят не только от экологических условий угольного отвала, но и от возраста сосны обыкновенной. У сосны первой возрастной категории установлены максимальные концентрации хлорофиллов и каротиноидов на площадках без нанесения ППС (ПН2 и ПН3), а у сосны второй возрастной категории – на площадке с нанесением ППС (ПН1). Это свидетельствует об адаптивных реакциях пигментного комплекса сосны в различных экстремальных экологических условиях угольного отвала.

Литература:

1. Баранник Л.П., Николайченко В.П. Лесная фитомелиорация техногенных земель в Кузбассе // Вестник Кузбасского технического университета. – Кемерово, 2007. – № 5. – С.101-102.

2. Гавриленко В.Ф., Жигалова Т.В. Большой практикум по фотосинтезу. – М.: Академия, 2003. – 256 с.

3. Кулагин А.А., Шагиева Ю.А. Древесные растения и биологическая консервация промышленных загрязнителей / Отв. ред. Г.С. Розенберг. – М.: Наука, 2005. – 190 с.

4. Лебедева Т.С., Сытник К.М. Пигменты растительного мира. – Киев: Наукова думка, 1986. – 86 с.

5. Тужилкина В.В., Веретенников А.В. Пигменты хвои сосны и ели // Эколого-биологические основы повышения продуктивности таежных лесов европейского Севера. – Л.: Наука, 1981. – С. 108-119.