CC BY
94
Особенности репродукции сосны обыкновенной (Ртив вНуввМв L.) в условиях загрязнения магнезитовой пылью*
П.Е. Мохначёв, аспирант, С.Г. Махнёва, к.б.н.,
С.Л. Менщиков, д.с.-х.н., Ботанический сад УрО РАН
Экологические последствия загрязнения природной среды техногенными выбросами промышленных предприятий в комплексе глобальных проблем современности занимают важнейшее место. Негативные изменения условий, необходимых для нормальной жизнедеятельности растений, приводят к ухудшению их физиологического состояния, возникновению разнообразных нарушений в генеративной сфере. Реакция репродуктивных структур растений на техногенное загрязнение разнообразна и не всегда совпадает с реакцией растительного организма в целом. Генеративная сфера хвойных изучалась в различных типах техногенного загрязнения, однако в литературе отсутствуют данные об особенностях репродукции сосны обыкновенной, произрастающей в условиях такого специфического типа загрязнения окружающей среды, как загрязнение магнезитовой пылью. В связи с этим настоящая работа посвящена исследованию влияния выбросов магнезитового производства на женскую генеративную систему сосны обыкновенной.
Материал и методы. Исследования проводили в 2010 г. на Южном Урале, в зоне аэротехноген-ных выбросов комбината «Магнезит». В состав выбросов входят: пыль, состоящая в основном из соединений магния (их в составе пыли до 80%), и газообразные формы — окислы углерода и серы. Объектами исследования были женские шишки сосны обыкновенной, собранные с опытных культур сосны, заложенных из семян местного происхождения в 1980—1983 гг. в разных зонах магнезитового загрязнения. Опытные участки (ОУ) расположены в секторе основного сноса пыли, в сходных лесорастительных условиях. ОУ-2 расположен в зоне сильного уровня загрязнения на расстоянии 1 км от источника выбросов, ОУ-5 — в зоне среднего уровня загрязнения (3 км), ОУ-4 — в зоне слабого уровня загрязнения (10 км), условия фона представляет опытный участок, расположенный в 20 км от комбината в районе п. Сулея. Каждый ОУ включает 15—30 маркированных деревьев, с каждого из которых собирали для анализа образцы женских шишек с периферийной, наиболее освещённой части кроны. С каждого дерева брали по 100 шишек
либо все имеющиеся шишки. Собранные образцы шишек (для каждого дерева в отдельности) тщательно перемешивались и по принципу случайной выборки отбирались по 30 шт. для анализа. В числе признаков, характеризующих морфологию шишек, изучали: длину шишки, её ширину, форму (отношение длины шишки к её ширине), массу, общее число семенных чешуй (включая самые мелкие у основания шишки), а также число фертильных семенных чешуй, подсчёт которых начинали с той, на которой обнаруживали семена или остатки семяпочек с признаками развития на 1-м и 2-м году (пустые семена, недоразвитые семена, остатки коллап-сированных семяпочек длиной более 1 мм) [1]. Производился подсчёт полных и пустых семян. Определяли массу 1000 шт. семян. Энергию прорастания и всхожесть определяли согласно ГОСТу 13056.6-97 [2]. Математическую обработку данных проводили с помощью программы 81а11811са 6.0.
Результаты и их обсуждение. Снижение размеров женских шишек и массы семян у ряда хвойных под действием неблагоприятных факторов, в том числе техногенного загрязнения, отмечается многими авторами [3—5]. Ряд авторов отмечает, что масса семян сосны зависит от многих факторов, в том числе от размеров шишки, причём семена крупнее из более крупных шишек [6, 7]. Это показывает положительную связь между массой шишки и массой семян. Такая тенденция данной связи просматривается только у сосен, растущих в благоприятных условиях, тогда как у произрастающих в условиях аэротехногенного загрязнения она практически отсутствует [3]. Многие исследователи отмечают, что с ухудшением условий среды, в том числе связанных с её загрязнением, уменьшается выход из шишек полных семян, а также ухудшается их жизнеспособность [4, 8].
Результаты изученных нами морфометрических и физиологических показателей шишек и семян сосны обыкновенной в условиях магнезитового загрязнения представлены в таблице.
В результате проведённых нами исследований было выявлено, что во всех зонах загрязнения магнезитовой пылью не наблюдается достоверных различий между среднепопуляционными значениями размеров (длины и ширины), формы и массы шишек. Наибольшую длину имеют
* Работа выполнена при поддержке Уральского отделения РАН (проект №12-М-23-457-2041)
Морфометрические и физиологические показатели шишек и семян
сосны обыкновенной
Опытный участок
Показатель ОУ-2 (1 км) ОУ-5 (3 км) ОУ-4 (10 км) ОУ-Сулея (20 км)
Длина шишки, см 4,19±0,17 4,09±0,12 4,26±0,11 4,22±0,12
Ширина шишки, см 2,07±0,06 2,05±0,05 2,04±0,05 2,01±0,06
Форма шишки 2,02±0,06 2,00±0,04 2,10±0,04 2,12±0,06
Масса шишки, г 6,24±0,46 6,00±0,36 6,24±0,38 5,85±0,35
Число чешуй, шт. 72,23±2,44 75,16±1,83 75,68±1,58 78,97±2,69
Доля фертильных чешуй, % 25,33±0,96 25,13±0,65 27,97±0,50 23,33±0,86
Общее число семян 20,99±1,77 21,36±1,78 19,22±1,93 11,94±1,11
(полные+пустые), шт. Число полных семян, шт. 18,68±1,58 19,57±1,75 17,7±1,88 10,15±1,08
Масса 1000 шт. семян, г 5,88±0,29 6,60±0,25 7,17±0,26 8,17±0,36
Энергия прорастания, % 88,97±3,79 88,22±2,74 81,03±4,90 90,76±1,22
Всхожесть, % 92,98±2,94 91,43±1,82 85,00±4,44 91,82±1,24
шишки ОУ-4, наименьшую — ОУ-5. По показателю ширины шишки проявляют тенденции к увеличению в направлении от условий фона к зоне сильного загрязнения.
Определение отношения длины к ширине характеризует форму шишки [5]. Нашими исследованиями было установлено, что на всех ОУ шишки имеют «широкую» форму. Результаты корреляционного анализа показали, что показатель массы шишки для всех ОУ наиболее тесно связан с показателем ширины шишки (г = 0,89—0,95) и её длиной (г = 0,8—0,85).
По показателю общего числа семенных чешуй наблюдается тенденция увеличения в направлении от зоны сильного загрязнения к условиям фона (различия между всеми ОУ недостоверны), хотя по более значимому для репродукции показателю доли фертильных чешуй шишки ОУ-Сулея имеют меньшие среди изученных древостоев значения. Наибольшее значение по данному показателю имеют шишки ОУ-4.
В шишках из фоновых условий общее число семян меньше на 37—44%, число полных семян — на 42—48%, чем в шишках других ОУ (различия достоверны по сравнению со всеми ОУ при р<0,05). Число полных семян и общее число семян больше в шишках ОУ-5 (различия достоверны только с ОУ-Сулея при р<0,05).
Семена из зоны сильного загрязнения имеют меньшую массу (различия достоверны с ОУ-4 и ОУ-Сулея при р<0,05). Большая масса семян характерна для шишек, сформированных в фоновых условиях (различия достоверны с ОУ-2 и ОУ-5 при р<0,05).
В лабораторных условиях были определены показатели энергии прорастания и всхожести семян. Установлено, что наиболее быстро прорастают семена из фоновых условий. Показатель всхожести семян всех ОУ имеет высокие значения (85,00—92,98%), наибольшее для семян ОУ-2,
наименьшее — ОУ-4. Различия между всеми ОУ по данным показателям недостоверны.
Обращает на себя внимание тот факт, что при достоверно меньшем значении массы семена из зоны сильного загрязнения имеют всхожесть, достоверно не отличающуюся от семян, сформированных при меньшем уровне загрязнения.
Выводы. Возрастание уровня техногенного загрязнения среды отходами магнезитового производства не приводит к закономерному прогнозируемому изменению морфометрических показателей шишек.
В шишках древостоев сосны, находящихся в зонах влияния комбината «Магнезит», формируется больше семян, но меньшей массы, чем в шишках из фоновых условий.
Семена сосны из зоны сильного уровня загрязнения при меньшем значении показателя массы имеют всхожесть, близкую по значению с семенами, сформированными при меньшем уровне загрязнения.
Показатель всхожести семян сосны всех ОУ независимо от уровня техногенного загрязнения имеет высокие значения (85,00—92,98%). Литература
1. Романовский М. Г., Хромова Л. В. Образование семян при самоопылении сосны обыкновенной // Лесоведение. 1992. № 5. С. 3-9.
2. ГОСТ 13056. 6-97. Семена деревьев и кустарников. Методы определения всхожести. Минск: ИПК Издательство стандартов, 1998. 27 с.
3. Васфилов С.П. Влияние загрязнения воздуха на сосну обыкновенную. Екатеринбург: УрО РАН, 2005. 214 с.
4. Казанцева М.Н. Особенности репродукции сосны обыкновенной в насаждениях города Тюмени и его зелёной зоне // Вестник экологии, лесоведения и ландшафтоведения. 2005. № 5. С. 76-79.
5. Ставрова Н. И. Влияние атмосферного загрязнения на семеношение хвойных пород // Лесные экосистемы и атмосферное загрязнение. Л.: Наука, 1990. С. 115-121.
6. Правдин Л.Ф. Сосна обыкновенная. М.: Наука, 1964. 192 с.
7. Черепнин В.Л. Изменчивость семян сосны обыкновенной. Новосибирск: Наука, 1980. 183 с.
8. Аникеев Д.Р., Бабушкина Л.Г., Зуева Г.В. Состояние репродуктивной системы сосны обыкновенной при аэротехно-генном загрязнении. Екатеринбург: Урал. гос. лесотехн. акад., 2000. 81 с.
