CC BY
12
Станковск С.1, Сьнег К.1, Башуцька У.Б.2 Вплив попелу з бюмаси на початковий р1ст окремих ви.ив зернових культур
Шляхом лабораторного експерименту дослiджено ефект вщ впливу водно! сус-пензи леткого попелу з бiомаси (0, 2, 4, 6 %) на аянщ трьох видiв ярих зернових культур (пшенищ, ячменю та вiвса). Застосування попелу як удобрювального компоненту тдвищило iнтенсивнiсть росту шянщв злакiв. Оптимальною виявилась доза 24 % леткого попелу у воднш суспензи. Негативного ефекту в ходi ряду експеримен-тальних застосувань не виявлено.
Ключовг слова: пошл з бюмаси, штенсившсть росту, ярi зерновi культури.
Stankowski S1., SniegK.1, Bashutska U.B.2 Effect of biomass ash on primary plant growth of some spring cereal species
In the laboratory experiment the effect of water suspension of fly ash from biomass (0, 2, 4, 6 %o) on seedling of 3 spring cereals (wheat, barley and oat) was investigated. Application of ash as a source of fertilizing components caused more intensive growth of cereal seedlings. Optimal dose was 2-4 % in water suspension. There was no negative effect in the range used in the experiment.
УДК557.4:556.(234.421.) Доц. В.1. Мокрий, канд. ф1з.-мат наук; зав. лаб.
М.М. Паславський; асист Л.В. Калагурка - НЛТУ Украти, м. Лье1в
Б1ОФ1ЗИЧНИЙ МОН1ТОРИНГ ЕКОСИСТЕМ ШАЦЬКОГО НАЦЮНАЛЬНОГО ПРИРОДНОГО ПАРКУ
Подано математичну штерпретащю даних експрес^агностики морфофiзiоло-пчних показнигав дерев берези бородавчасто! як необхщну умову ягасного ощ-нювання бюпродуктивност насаджень Шацького Нацюнального природного парку (НПП). Розроблено комплексне забезпечення флуориметричного експрес-методу i створено техшчш пристро! для дiагностики стану фотосинтетичного апарату вищих рослин у природних умовах у режимi реального часу.
Ключовг слова: бюпродуктившсть, береза бородавчаста, дистанцшне зондування Землi (ДЗЗ), геошформацшш системи (Г1С), флуоресценщя хлороф^, Шацький НПП.
Бюпродуктившсть насаджень Шацького НПП, залежно вщ конкретики 1 типу задач, характеризуется люотаксацшними параметрами, а також мор-фоф1зюлопчними - активнютю фотосинтетичного апарату, вмютом тгменпв, швидюстю газообм1ну СО2 або О2 та ш. Дослщження виконано з метою мате-матично! штерпретацп даних експрес-д1агностики морфоф1зюлопчних показ-ниюв рослин бюгеоценоз1в, вим1ряних флуоресцентним методом, необхщних для яюсного оцшення бюпродуктивносп насаджень Шацького НПП.
Методика дослщжень передбачае польов1 рекогносцирувальш обсте-ження територш Шацького НПП, вщб1р зразюв, лабораторш вим1рювання морфоф1зюлопчних параметр1в рослин та формування бази даних, з викорис-танням технологш дистанцшного зондування Земл1 (ДЗЗ) та геошформа-цшних систем (Г1С). За об'ект мошторингових дослщжень вибрано одну з ос-новних люотв1рних порщ люонасаджень Шацького НПП - березу бородав-
1 Зах1днопоморський технолопчний ушверситет, Щецин, Польща (West Pomeranian University of Technology, Szczecin, Poland);
2 НЛТУ Украши, м. Львiв (Ukrainian National Forestry University, Lviv, Ukraine)
часту для визначення та nopiBMHM щдексу життевосп в рiзних типах люо-рослинних умов.
Активнють фотосинтетичного апарату рослин дослщжено методом фотошдуковано! флуоресценцп хлорофшу (ФХ) [1]. Математичнi моделi гра-фiкiв кiнетики ФХ виконано в Excel, з використанням програми "Graph2Di-git". Кiлькiсне визначення тгменлв проведено спектрофотометричним методом. Результати вщпрацювання полягають у продовженнi попередшх [2] за-вiрково-калiбрувальних робiт в конкретних люорослинних умовах Шацького НПП до оптико-спектральних характеристик опрацьованих космозшмюв [3], 1х кореляцп з морфофiзiологiчними параметрами рослин та розв'язку прак-тичних задач монiторингу на основi реальних бiофiзичних параметрiв фото-синтезуючих об'ектiв.
Внаслiдок впливiв природних та антропогенних факторiв, зокрема i стресового характеру, змшюються стан фотосинтетичного апарату, продук-тивнiсть фотосинтезу, а отже i продуктивнiсть вше! люово! екосистеми. Дже-релом необхщно! шформацп служить хлорофш, локалiзований у фотосинте-тичних мембранах, який мае певш спектральш властивостi, змiни яких за рiз-них впливiв можна рееструвати в режимi реального часу. Саме це i дае необ-хiдну шформащю для експрес-дiагностики стану рослин.
Результати вимiрювань кiлькiсного вмiсту пiгментiв одше! з основних листяних порiд люонасаджень Шацького НПП - берези бородавчато!, залеж-но вiд типу умов мюцезростання, отриманi за трьома повторними выборами, представлено у табл. 1. Зразки вдабраш з територп Шацько! експерименталь-но! бази Фiзико-механiчного шституту iм Г.В. Карпенка, а також з прибереж-них територiй о. Пюочне - територп лiсоекологiчного стацюнару НЛТУ Укра-!ни та санаторт "Лiсова пiсня", якi характеризуеться активним рекреацшним навантаженням в рiзних типах умов мюцезростання - В1, В2, С2, C4-D4.
Табл. 1. Концентрацiя (С) пкментгв (хлорофт "а", "b", каротиноТдк "с") в листг берези бородавчатоТ (Шацький НПП) в piiHux жсорослинних умовах,
мг/л сироТречовини
Тип умов мiсцезростання C'a", (мг/л) C'b", (мг/л) С'с", (мг/л)
В2 20,94177 20,87813 3,53821
С2 7,26284 3,4908 0,22924
Змши в тгментному комплекс вщображають адаптовашсть фiзiоло-гiчних функцiй рослин до рiзних екологiчних умов i е основною причиною шактивацп фотосинтезу. Отримаш данi змiн пiгментного комплексу в досль джуваних деревних породах тдтверджують чутливiсть ще1 системи до впли-ву екологiчних факторiв.
Вивчення фундаментальних механiзмiв флуоресценцп [4, 5] та з'ясу-вання 1х взаемозв'язку з функцiонуванням ЕТЛ i пов'язаними з ним процеса-ми, е основою для використання параметрiв флуоресценцп у вирiшеннi прик-ладних завдань, що потребують отримання характеристики фiзiологiчного стану рослини. Застосування технiки з високим часовим роздiленням, дае змогу проаналiзувати кiнетики наростання та спаду флуоресценцп. Наростан-
ня змшно! флуоресценцп вiд рiвня Рсотг до Ртсх мае три фази. Початкова, швидка фаза тдйому протiкае за 1 мс. Бшьш повiльнi фази - за час порядку 30 i 300 мс вщповщно. С тдстави вважати, що повiльна фаза пов'язана з вщ-новленням QA у ФС 2р-центрах, як характеризуются малим розмiром сви-лозбираючо1 антени.
На сьогодш обгрунтовано застосування показника ефективност запа-сання енергп електронного збудження в реакцшних центрах (РЦ). Цей параметр визначаеться шляхом порiвняння величин штенсивносп флуоресценцп (Рсош) за активного стану ЕТЛ, коли вш реакцшш центри вдарил, i макси-мально1 iнтенсивностi флуоресценцп (Ртт:) при закритих реакцiйних центрах.
Закриття цен^в спричиняеться, зазвичай, потужним насичуючим спалахом светла, за якого вщновлюються хiноннi акцептори, а центри перехо-дять в закритий стан, де рiвень флуоресценцп максимальний (Ртсх). Рiзниця величин Еу=Етсх - називаеться змшною флуоресценцiею, а вiдношення Ртсх - Рсот/; /¥тсх =Ру/Ртсх дорiвнюе ефективносп використання енергп свiтла в реакцшних центрах, або ефективносп фотохiмiчного гасшня флуоресценцп. Ця величина (^у/^тсх), визначена в адаптованих до темряви або слабкого ос-вiтлення клiтинах, дае шформащю про максимальну потенцiйну активнють первинних процесiв фотосинтезу.
В адаптованих до темряви листках ус центри фотохiмiчно активнi i флуоресценцiя вщповщае Рсот. Пiд час висвiтлення 1х насичуючим спалахом флуоресценцiя стае максимальною (Ртсх) i швидко релаксуе в темнот до ви-хiдного рiвня. Величина вiдношення Ру/Есот1 корелюе з квантовим виходом фотосинтезу, що дае змогу використовувати цей параметр для характеристики процеив фотосинтезу на непорушених фотосинтезуючих об'ектах.
На пiдставi експериментально вимiряних кiнетичних кривих (рис. 1), виконано математичне моделювання кшетики змшно! ФХ на вшх послщов-них етапах квантового виходу флуоресценцп для фотосинтетичного апарату берези бородавчато!, який нормально функцюнуе.
°1 57 ИЗ 169 225 2»] 337 393 44У 505 561 617 673 729 785 841 897
Рис. 1. Ктетика фототдукованоТ флуоресценци хлорофту листке берези бородавчатоТ (Шацький НПП)
Для прикладу, на рис. 2 показано експериментальну (ряд 1) i змо-дельовану (полiномiальну) кiнетичнi кривi флуоресценцп хлорофiлу листков дуба звичайного на початковш стади випромiнювання.
У табл. 2. узагальнено i побудовано гомолопчний ряд штерпретацп отриманих експериментальних результатiв, на основi сучасних уявлень про бiофiзичнi механiзми повшьно! iндукцil флуоресценцп фотосинтезуючих
об'еклв. Зпдно з [1], за характером спаду квантового виходу ФХ можна ощ-нити функцiонування фотосинтетичного апарату шляхом визначення щдексу життeвостi (Rfd). Цей параметр фотосинтетично! активностi визначаемо ств-вiдношенням:
F
Rfd = FF- (1)
Fconst
де Fv = Fmax - Fconst - зниження флуоресценцп хлорофшу вiд максимального значення до стацюнарного рiвня, внаслiдок активацп ферментiв вуглецевого циклу фотосинтезу.
Рис. 2. Кнетика (ряд 1) i полiномiальна функцiя фототдукованоТ флуоресценцИ' хлорофщу листки берези бородавчатоТ на nepexidrnú дтянщ мж першим i другим максимумом ттенсивност випромшювання
На n^craBÍ порiвняльних вимiрювань кшетики ФХ in vivo визначено шдекс життевосп берези бородавчасто! - Rfd =3, для умов В2. Оrримaнi пара-метри доцiльно використати пiд час подальших монiторингових доcлiджень впливу еколопчних загроз на природоохороннi територп Шацького НПП. Максимальне значення Rfd свщчить про оптимaльнi умови мicцезроcтaння. 1з збiльшенням нaпруженоcтi екологiчного фактора середовища, фiкcуетьcя зменшення значень Rfd, що вiдобрaжaе зниження потенцшно! активносп фотосинтетичного апарату рослин.
Табл 2. Вiдповiднiсmь постдовних етатв квантового виходу флуоресценцп ма-тематичним функщям фотосинтетичного апарату берези бородавчатоТ (Шацький НПП), який нормально функщонуе (умови В2)
№
Етапи кшетики змшно! ФХ
Математична функщя
Максимум випромшювання
y = 9E-07x3 - 0,0003x2 + 0,0156x + 2,5987
Перехдаа дшянка мiж першим i другим максимумом штенсивноста випромшювання
y = -6E-08x4 + 1E-05x3 - 0,0006x2 +
0,0032 x + 2,8127
Другий максимум штенсивност випромшювання
y = -5E-08x3 - 3E-05x2 + 0,0028 x + 2,4994
Перехдаа дшянка ввд монотонного
спаду до стацюнарного ршня _випромшювання_
y = 8E-06x2 - 0,0089 x + 2,853
Розроблено комплексне забезпечення флуориметричного експрес-ме-тоду i створено техшчш пристро! застосоваш для дiагностики стану фотосин-
1
2
3
4
тетичного апарату вищих рослин у природних умовах. У режимi реального часу щ методи дають iнформацiю про стан фотосинтетичного апарату, ефек-тивностi фотосинтезу, а також добову i сезонну динамiку цих характеристик, якi е екологiчноeмнiсними бiофiзичними сенсорами стану природного сере-довища. Вони дасть змогу детектувати наявнiсть пошкоджень рослин тд час дп антропогенних впливiв, тдвищених iнтенсивностей сонячно! i УФ-радь ацп, дефiциту елементiв мiнерального живлення, температури, змши пдроге-ологiчного режиму та ¡нших природних та антропогенних факторiв задовго до того, як вони проявляться у зовшшшх ознаках рослини, зокрема зменшен-ня чисельностi клгтин, або в змiнi просторово-структурних геоботашчних па-раметрiв фiтоценозiв. У цьому полягае одна з головних переваг застосування експрес-методiв в екологiчному мониторингу.
Представлена методологiя i комплексне використання флуориметрич-но! апаратури дають нову шформащю про просторово-часовi мiнливостi фь тоценозу i можуть також служити важливою екологiчно-iнформацiйною складовою частиною загально! системи екологiчного монiторингу стану люо-вих екосистем. Особливо варто вщзначити величезнi перспективи використання даних флуориметричного аналiзу фiтоценозу локальних екосистем (як опорних точок), у поеднанш з супутниковою оптико-спектральною ¡нформа-щею про кольорометричнi характеристики рослинних угруповань, для ¡нфор-мацiйного забезпечення управлшня станом екосистем Шацького НПП [6] та збереження видового бiорiзноманiття.
Л1тература
1. Капустяник В.Б. Прикладна спектроскошя : навч. поабн. / В.Б. Капустяник, В.1. Мокрий. - Льв1в : Вид. центр ЛНУ ¡м. 1вана Франка, 2009. - 302 с.
2. Кучерявий В.П. Оптико-спектральш методи експрес-д1агностики рослин Шацького нацюнального природного парку / В.П. Кучерявий, В.1. Мокрий, Н.А. Пщь // Науковий вюник Волинського нацюнального ушверситету ¡м. Лес Укра!нки, присвячений 25-р1ччю Шацького НПП. - Луцьк : РВВ "Вежа" ВНУ ¡м. Лес Укра!нки. - 2009. - № 1, (247 с.). - № 2. - С. 58-63.
3. Мокрий В.1. 1дентифжащя люорослинних умов росту сосни звичайно! на основ! анашзу космозшмгав / В.1. Мокрий, Я.В. Геник, А.П. Дида, О.В. Альохша, Н.А. Пщь, Р.Ф. Федор1в // Люове господарство, люова, паперова i деревообробна промисловють : м1жвщомч. наук.-техн. зб. - Льв1в : Вид-во НЛТУ Укра!ни. - 2006. - Вип. 32. - С. 44-47.
4. Рубин А.Б. Биофизика фотосинтеза и методы экологического мониторинга / А.Б. Рубин // Технология живых систем. - 2005. - Т. 2. - С. 47-68.
5. Ризниченко Г.Ю. Лекции по математическим моделям в биологии / Г.Ю. Ризниченко. - М.-Ижевск : Изд-во "Регулярная и хаотическая динамика", 2002. - 232 с.
6. Красовський Г.Я, Мокрий В.1. Актуальшсть шформацшно-техшчного забезпечення управлшня Шацьким нацюнальним природним парком // Еколопя i ресурси : зб. наук. праць 1н-ту проблем нацюнально! безпеки. - К. : Вид-во 1ПНБ, 2006. - № 13. - С. 101-111.
Мокрый В.И., Паславский Н.Н., Калагурка Л.В. Биофизический мониторинг экосистем Шацкого Национального природного парка
Представлена математическая интерпретация данных экспресс-диагностики морфофизиологических показателей деревьев березы бородавчатой как необходимое условие качественной оценки биопродуктивности насаждений Шацкого НПП.
Разработано комплексное обеспечение флуориметрического экспресс-метода и созданы технические устройства для диагностики состояния фотосинтетического аппарата высших растений в природных условиях в режиме реального времени.
Ключевые слова: биопродуктивность, береза бородавчатая, дистанционное зондирование Земли (ДЗЗ), геоинформационные системы (ГИС), флуоресценция хлорофилла, Шацкий НПП.
Mokriy V.I., Paslavskiy M.M., Kalagurka L. V. Biophysical monitoring of ecosystem of Shatsky's National natural park
This paper presents a mathematical interpretation of data for rapid diagnosis morphophysiological indicators birch trees as a necessary condition for qualitative assessment of biological productivity of plantations Shatsky's NNP. A comprehensive security fluorometric rapid methods and technical devices designed to diagnose the state of the photosynthetic apparatus of higher plants in vivo in real time.
Keywords: biological productivity, birch, remote sensing (RS), geographic information systems (GIS), chlorophyll fluorescence, Shatsky NNP.
УДК574.4:504.054 Наук. спшроб. М.П. Кейван; ст. наук. ствроб.
О.В. Тертична, канд. бюл. наук; наук. спЫроб. О.П. Кейван, канд. бюл. наук -1нститут агроекологи i природокористування НААН, м. Кшв
ВИКОРИСТАННЯ РОСЛИН-БЮШДИКАТОР1В ДЛЯ ЕКОЛОГ1ЧНОГО ОЦ1НЮВАННЯ АТМОСФЕРНОГО ПОВ1ТРЯ В ЗОН1 РОЗТАШУВАННЯ ПТАХОФАБРИКИ
Дослщжено стан атмосферного повггря в зош впливу птахофабрики за тестом "Стерильшсть пилку рослин". Показано, що в умовах забруднення атмосферного по-в^ря спостер^аеться зниження фертильностс, збшьшення кшькосп стерильних пил-кових зерен рослин-бiоiндикаторiв. Показано, що стушнь ураження бюлопчних систем поступово зменшуеться в мiру вщдалення вщ птахофабрики.
Ключовг слова: бюшдикатори, стерильшсть пилкових зерен, фертильшсть пил-кових зерен, птахофабрика.
Зелеш насадження вдаграють важливу роль у формуванш сприятли-вого еколопчного стану довкола сшьськогосподарських тдприемств. У цих умовах виршальне значення мае наукове обгрунтування та оргашзащя мош-торингу стану навколишнього природного середовища, яю охоплюють, з одного боку, спостереження за джерелами 1 факторами антропогенно! ди, з ш-шого - за станом ушх елеменлв бюсфери. У зв'язку 1з забрудненням навколишнього середовища шквдливими речовинами, зокрема 1 тими, що мають мутагенш властивосп (мутагени), та впливом несприятливо! еколопчно! си-туацп, назрша необхщшсть для дослщження стану об'екпв довкшля за показ-никами ушкодженост рослин-бюшдикатор1в.
Мета роботи полягае в ощнюванш забруднення саштарно-захисно! зони птахофабрики за показниками ушкодженосп рослин-бюшдикатор1в.
Матерiали i методика дослiджень. Дослщження проводили в зош впливу птах1вничого тдприемства, що розташоване в Кшвськш обл., в зош Центрального Люостепу. Для визначення загально! токсичносп або потен-цшно! мутагенносл повггряного басейну застосовували метод цитогенетич-ного бютестування - тест " Стерильшсть пилку шдикаторних рослин" [1].
В1дб1р квтв рослин-бю1ндикатор1в здшснювали одночасно на терито-рп саштарно-захисно! зони птах1вничого шдприемства та на територп контролю в червш - липш. Контролем було обрано дшянку з щентичними геок-
