CC BY
62
Оценка устойчивости Р'тиэ зу^вв^в L.5 произрастающей в различных экологических условиях нарушенных земель угольного разреза «Кедровский»
О.Л. Цандекова, к.с.-х.н.,
Институт экологии человека СО РАН
Добыча полезных ископаемых сопровождается серьёзными экологическими изменениями почв и растительного покрова. В результате добычи каменного угля происходит полное изменение рельефа местности, полное или частичное нарушение почвенного покрова, нарушение водного, воздушного и пищевого режимов почв, что ведёт к нарушению биогеоценоза в целом. В Кузбассе нарушено около 100 тыс. га земель, из них большую площадь занимают отвалы вскрышных пород. В связи с этим экологическая реабилитация техногенных земель становится актуальной и социально важной проблемой.
Условия произрастания лесной растительности на отвалах вскрышных пород определяются совокупностью природных и техногенных факторов. Основным направлением восстановления нарушенных земель является лесная рекультивация. Сосна обыкновенная (Ртыэ яу1увз1т Ь.) — одна из основных древесных пород, которая применяется при биологической рекультивации породных отвалов угольных месторождений в Кузбассе [1]. Некоторые исследователи считают, что она является одной из лучших фитомелиорантов отвалов, а по нетребовательности к почвенному плодородию превосходит многие лесообразующие породы [2]. Экологические условия насаждений сосны формируются под влиянием климатических, эдафических и агро-технологических факторов. Субстрат отвалов, как правило, характеризуется крайне низким содержанием элементов-органогенов, особенно
азота. Более благоприятными агрохимическими свойствами обладают покровные суглинки, которые являются потенциально плодородными породами (ППП) и применяются при восстановлении на отвалах почвенного покрова. Из литературных источников известно, что в экстремальных экологических условиях среды для растений характерны процессы ускоренного старения отдельных систем организма, а потом и целого растения, происходят различные повреждения в клетке, в частности повышается уровень окислительных процессов [3, 4]. На уровне ассимиляционных органов растений важным показателем окислительных процессов является активность пероксидазы. На уровне целого растения интегральным показателем является диагностика жизненного состояния, характеризующая физиологический потенциал насаждений.
Цель и методика исследований. Цель работы — оценка устойчивости Р1пт зИувз1ш Ь., произрастающей в различных экологических условиях нарушенных земель угольного разреза «Кедровский» по активности пероксидазы в хвое и жизненному состоянию насаждений.
В качестве объектов исследований были выбраны посадки сосны обыкновенной (Ртт яу1увз1т Ь.) разного возраста: I (10—15 лет) и II (20—25 лет). На территории отвала «Южный» разреза «Кедровский» были заложены три площадки наблюдений (ПН), различающиеся экологическими условиями: ПН-1 — спланированный отвал с нанесением потенциально плодородного слоя (ППС), ПН-2 — межотвальная впадина без нанесения ППС, ПН-3 — спланированный отвал без нанесения ППС. Для исследований
20 s 18
ПН1 ПН2 ПН3
площадки наблюдений
® возраст сосны: 10-15 лет □20-25 лет
Рис. - Активность пероксидазы в хвое сосны обыкновенной, произрастающей в различных экологических условиях угольного разреза «Кедровский» (средние данные за 2011 г.)
Примечание: ПН-1 — спланированный отвал с нанесением потенциально плодородного слоя (ППС); ПН-2 — меж-отвальная впадина без нанесения ППС; ПН-3 — спланированный отвал без нанесения ППС
использовали пять модельных деревьев каждой площадки наблюдений. У каждой возрастной категории деревьев отбирали хвою второго года, без видимых признаков повреждений, хорошего и удовлетворительного жизненного состояния, собранную с нижней трети кроны с южной стороны с помощью секатора. Определение активности пероксидазы проводили методом А.Н. Бояркина [5]. Для оценки жизненного состояния нами применялся визуальный метод, в основу которого положено определение степени нарушения ассимиляционного аппарата и крон. Суммарную оценку состояния насаждений сосны (Св) проводили по формуле: Св = Р^ + Р 2 + Рз + Р4 [6]. Растительные образцы исследовали в трёхкратной повторности. Экспериментальные данные обработаны с помощью компьютерных программ Excel и Statistica 6.0.
Результаты исследований. Из литературных источников известно, что окислительные процессы отрицательно коррелируют с фото-синтетическими и морфометрическими показателями [7]. В экстремальных экологических условиях окружающей среды происходит нарушение физиолого-биохимических процессов, ухудшение жизнедеятельности растений, при этом наблюдается активация пероксидазы. На уровне целого организма изменяются структура, форма и размеры крон, наблюдается снижение облиственности (охвоенности) ветвей, количества живых ветвей в кронах, в связи с этим ухудшается показатель жизненного состояния, у деревьев значительно сокращается продолжительность вегетации. Наши исследования подтверждают данную закономерность.
Анализ проведённых исследований показал, что в разных экологических условиях у сосны обыкновенной разного возраста отмечались некоторые отличия по активности пероксидазы. Выявлено, что активность пероксидазы выше у сосны второй возрастной категории (14,30—16,77 ед. активности) на исследуемых площадках наблюдений по сравнению с первой возрастной категорией (10,46—12,96 ед. активности) (рис.).
Однако в июле отмечено повышение (до 23,67 ед. активности) активности фермента у сосны первого класса возраста, а у сосны второго класса — понижение до 7,60 ед. активности. Сравнительная характеристика исследуемых площадок наблюдений показала, что минимальный уровень окислительных процессов в хвое сосны разного возраста выявлен на площадке без нанесения ППС (ПН-3), а самый высокий — в межотвальной впадине (ПН-2). Так, на ПН-3 активность пероксидазы в хвое сосны первой возрастной категории составила 10,67 ед. активности, а у второй — 14,30 ед. активности, что ниже на 13—22% и на 3—17%, чем на ПН-1 и ПН-2. Балл жизненного состояния у сосны первой возрастной категории варьировал от 39,64 до 38,1, с максимумом на ПН-3. Минимальный балл ЖС отмечен на ПН-1 и на ПН-2, он составил 38,1 и 38,78 соответственно.
Выявлено, что на исследуемых площадках балл ЖС сосны второй возрастной категории ниже, чем первой, и составил 36,51—38,47. Минимальные значения данного показателя характерны для сосны, произрастающей на спланированном отвале с нанесением ППС (36,51 балла), что происходит за счёт уменьшения живых ветвей
в кроне, снижения облиственности крон, увеличения повреждённых некрозами листьев и снижения живой площади листа.
Выводы. Рекомендации. Проведёнными исследованиями установлено, что на спланированном отвале без нанесения ППС (ПН-3) у сосны обыкновенной первой и второй возрастной категории при минимальных значениях активности пероксидазы отмечен наиболее высокий балл жизненного состояния. Очевидно, это связано с тем, что сосна относится к олиготрофным растениям, которые малотребовательны к почвенным условиям. Сильноразвитая корневая система сосны способна извлечь необходимое количество питательных веществ из бедных почв в экстремальных экологических условиях. Исследуемые показатели могут быть использованы в лесной рекультивации для определения механизмов устойчивости древесных растений в условиях нарушенных земель угольных разрезов.
Литература
1. Баранник Л. П., Николайченко В.П. Лесная фитомелиорация техногенных земель в Кузбассе // Вестник Кузбасского государственного технического университета. Кемерово, 2006. № 5. С, 45-47.
2. Кузьмина Г.М. Культуры сосны в техногенных условиях КАТ ЭКА // Биологическая рекультивация нарушенных земель: матер, междунар. совещания. Екатеринбург, 1997. С, 60-75.
3. Граскова И.А. Роль слабосвязанных с клеточной стенкой пероксидаз в устойчивости растений к биотическому стрессу: дис. ... док. биол. наук: 03.00.12. Иркутск, 2008. 323 с.
4. Жиров В.К., Голубева Е.И., Говорова А.Ф., Хаитбаев А.Х. Структурно-функциональные изменения растительности в условиях техногенного загрязнения на Крайнем Севере / Отв. ред. Е.Е. Кислых. М.: Наука, 2007. С. 10-12.
5. Ермаков А.И., Арасимович В.В., Ярош Н.П., Перуанский Ю.В., Луковникова Г.А., Иконникова М.И. Методы биохимического исследования растений. Л.: Агропромиздат, 1987. С. 41-43.
6. Николаевский B.C. Экологическая оценка загрязнения среды и состояния наземных экосистем методами фитоиндикации. М: МГУЛ., 1999. 193 с.
7. Неверова О.А. Использование активности пероксидазы для оценки физиологического состояния древесных растений и качества атмосферного воздуха г. Кемерово // Кгу-lovia (Сибирский ботанический журнал). 2001. № 2. С, 122-128.
