CC BY
80
род») [Текст] : дис. ... канд. биол. наук : 03.00.16 : защищена 24.12.04 : утв. 6.05.05 / Е. С. Малахова. - Омск, 2004. - 172 с.
3. СанПин 2.2.1/2.1.1.1200-03. Санитарно-защитные зоны и санитарная классификация предприятий, сооружений и иных объектов [Текст]: Санитарно-эпидемиологические правила и нормативы. — М., 2014. — 48 с.
4. Сергейчик, С. А. Растения и экология [Текст] / С. А. Сергейчик. — Минск : Ураджай, 1997. — 224 с.
5. Еремеева, В. Г. Газоустойчивость древесных растений Западной Сибири [Текст] / В. Г. Еремеева, Е. С. Денисова // Сибирский экологический журнал. — 2011. — № 2. — С. 263 — 271.
ДЕНИСОВА Елена Сергеевна, кандидат биологических наук, доцент (Россия), доцент кафедры «Безопасность жизнедеятельности» Омского государственного технического университета; доцент кафедры «Специальные эксплуатационные дисциплины» Омского института водного транспорта. Адрес для переписки: [email protected]
Статья поступила в редакцию 25.06.2014 г. © Е. С. Денисова
№
УДК 581.5:502.5
Е. С. ДЕНИСОВА
Омский государственный технический университет
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ИВЫ БЕЛОЙ В ОЗЕЛЕНЕНИИ
САНИТАРНО-ЗАЩИТНЫХ ЗОН ЗАПАДНОЙ СИБИРИ
В статье рассматривается газоустойчивость и аккумуляционная способность ивы белой, произрастающей на различном удалении от предприятия технического углерода, а также после нанесения сажи и экспозиции предельными и ароматическими углеводородами, оксидами серы. Впервые изучена газопоглотительная способность ивы в условиях производства технического углерода, выявлено влияние сажи на растение в условиях Западной Сибири. Данные исследования можно применять при озеленении территорий и санитарно-за-щитных зон предприятий Западной Сибири.
Ключевые слова: газопоглотительная способность растений, газоустойчивость растений, ива белая, загрязнение атмосферы, биоиндикация.
Согласно СанПиН 2.2.1/2.1.1.1200-03 «Санитар-но-защитные зоны и санитарная классификация предприятий, сооружений и иных объектов» одним из предназначений территории санитарно-защит-ной зоны является организация дополнительных озелененных площадей, обеспечивающих экранирование, ассимиляцию и фильтрацию загрязнителей атмосферного воздуха [1]. Аккумулирующая способность растений напрямую зависит от их газоустойчивости, растения санитарно-защитных зон должны быть высокоустойчивыми и производительными. В различных почвенно-климатических условиях одни и те же виды растений поглощают различное количество загрязняющих веществ и обладают различной устойчивостью. Все это требует комплексных физиолого-биохимических исследований, направленных на выявление ассортимента растений эффективных для понижения уровня загрязнения атмосферы.
Исследования газоустойчивости и аккумуляционной способности растений проводились на различном расстоянии от ООО «Омсктехуглерод». Юго-восточный промышленный узел в зоне действия этого предприятия является наиболее неблагоприятным по качеству атмосферного воздуха в городе [1].
В данном исследовании изучалась способность ивы белой аккумулировать предельные углеводороды, фенол, бензол, толуол, оксиды серы и сажу
при произрастании на различном расстоянии от ООО «Омсктехуглерод» и после экспозиции в различных концентрациях. Газоустойчивость растения определялась по реакции пигментного комплекса, рН гомогената листьев, водного режима, активности окислительных ферментов на действие токсических веществ.
Впервые изучены резистентность и аккумуляционная способность ивы белой в условиях производства технического углерода, исследована фитоток-сичность сажи и определена способность ивы к ее аккумуляции. Впервые в условиях Западной Сибири проведена комплексная оценка газоустойчивости ивы в техногенной среде на основе ее физиоло-го-биохимических и морфологических показателей, с применением натурных и экспериментальных исследований проведена характеристика растения по его способности к поглощению углеводородов: метана, бензола, толуола и фенола.
Полученные результаты могут быть использованы как научная основа при зеленом строительстве городов Западной Сибири, при подборе видов растений для различного типа посадок, в том числе для создания насаждений с повышенной санитарно-гигиенической активностью в районах с высокой загазованностью и запыленностью атмосферного воздуха. Оценка растений по физиолого-биохимическим показателям может быть использована для определения уровня загрязнения атмосферного воздуха.
Рис. 1. Результаты полевых исследований газоустойчивости ивы белой
Материал и программа исследований. Объектом исследования являлась ива белая — Salix alba L. Растение нетребовательно к плодородию почвы, светолюбиво, морозоустойчиво, влаголюбиво и быстрорастущее, что дает возможность широко применять его при озеленении в Западной Сибири [1].
Полевые исследования проводились в течение вегетационного периода в посадках растений, расположенных на различном удалении от предприятия технического углерода. В полевых исследованиях определяли: общее содержание воды в листьях, водный дефицит, активность ферментов каталазы и полифенолоксидазы, количество пигментов (хло-рофиллов а и в, каротиноидов), общее содержание фенолов, серы и количество осевшей на листьях пыли.
Экспериментальные работы проводились с искусственным опрыскиванием листьев растений растворами серной кислоты, фумигацией углеводородами и нанесением сажи. Модельным экспериментам подвергалось по 5 растений.
Результаты и их обсуждение. Наблюдения за растениями, произрастающими в зонах загазованности,
не обнаружили особых морфологических изменений в течение всего вегетационного периода. При визуальных обследованиях насаждений в этих зонах выявлено обилие черных тонкодисперсных налетов на поверхности листьев. Несмотря на это, заметных повреждений (некрозов, деформаций, ожогов) у них не было. Листья исследуемых растений имели более светлую окраску и мелкий размер по сравнению с фоновыми аналогами.
Проведенный дисперсионный анализ свидетельствует о достоверном влиянии промышленных выбросов на снижение обводненности листьев растений (ц = 0,36-0,66; р < 0,05-0,001). У ивы белой содержалось до 86 % воды в листьях (рис. 1), снижение в июне составило на территории источника 44 %, в удалении от него на 1 км — 20 % к контролю. У отдельных модельных деревьев снижение составило до 60 %. В июле разница между степенью обводненности ивы, произрастающей в зонах загрязненности, и контрольной ивы, уже не столь высока, а в августе практически отсутствует (статистически недостоверна). Это свидетельствует о большей газоустойчивости взрослых листьев ивы, чем
0,7 -. -
£0,5 -:':0,4 -
I
^0,3 -§
|0,2 1й! о
Нпкопленпе серы
р<0.001
контр, зона
зона 3
зона 2
зона 1
20 -| • ' -
я1& -
м
о
1р 1£ -15 -¡4 ■ 13
Содержание фенолов
- ■ т
0,05
ре 0,05
контр, -зона
зона 3
зона 2
зона 1
№
Рис. 2. Результаты полевых исследований газопоглотительной способности ивы белой
молодых. Отмечено уменьшение общего содержания воды в листьях к осени, максимальное количество воды у них приходилось на июнь. Это явление нами связывается со старением листьев деревьев.
Водный дефицит у растений всех газодинамических зон определялся в полуденные часы, когда, по литературным сведениям [2], он должен достигать наибольших величин. Динамика изменения водного дефицита исследуемых растений выражена более рельефно (рис. 1). Сила влияния техногенного фактора составляет 0,50-0,88 (р < 0,01-0,001). Отмечено достоверное повышение водного дефицита в загрязненных зонах — максимально в 3,2 раза. Водный дефицит исследуемых растений в среднем не превышает 10 %, то есть представляет собой нормальное явление, не причиняющее растению вреда. Максимальный водный дефицит наблюдался и ивы в июне на территории источника — 15 %. Причем данный показатель в загрязненных зонах достигает высоких значений в июне; в июле и августе сохраняется примерно на том же уровне, что и в контрольной зоне.
Различия между показателями рН контрольных растений и произрастающих при атмосферном загрязнении становятся достоверными только на территории источника, разница составляет 7-10 % (ц = 0,47-0,70; р < 0,05-0,001). Коэффициенты вариации рН гомогената листьев всех исследуемых растений колеблются в пределах 7-30 %. Варьирование рН в фоновой зоне было более значительным, чем в загрязненных зонах (рис. 1).
Аэротехногенное загрязнение вызвало повышение содержания хлорофиллов и каротинои-дов ивы: хлорофилла при загрязнении обнаружено 110- 160 % к контролю, каротиноидов — 110-130 % (р < 0,05 - < 0,001). Следует отметить, что листья опытных растений отличаются от контрольных не только по суммарному количеству зеленых и желтых пигментов. Изменения в пигментном комплексе под влиянием загрязнения происходят главным образом за счет изменения содержания хлорофилла в, количество хлорофилла а изменяется в меньшей степени. Об этом свидетельствует уменьшающееся соотношение компонентов зеленых пигментов. Известно, что свободная форма хлорофилла менее стойка к воздействию различных агентов, чем связанная с белком [2]. Видимо, этим можно объяснить преимущественное снижение содержания хлорофилла в в наших опытах — как хлорофилла, менее прочно связанного с белком. Можно отметить также наиболее высокое относительное содержание хлорофилла а по сравнению с хлорофиллом в
в начале вегетационного периода. По мере старения листьев и снижения хлорофилла изменение соотношения его компонентов в основном происходит за счет более интенсивного распада хлорофилла а. Это связано, по-видимому, с тем, что хлорофилл в образуется из особого фонда более лабильных молекул хлорофилла а, биосинтез которых подавляется в первую очередь при нарушениях физиологического состояния клетки.
Исследование активности каталазы в различных газодинамических зонах показало ее статистически достоверное снижение под влиянием выбросов, минимальной она была на территории источника (рис. 1), сила влияния фактора загрязненной среды по дисперсионному анализу составляла 0,30 (р < 0,05-0,001). Активность каталазы ивы во всех загрязненных зонах сохраняется примерно на одном уровне, меньше чем в фоновой зоне на 3-15 %. Активность фермента также значительно снижается от июня к августу.
Показатель активности полифенолоксидазы ивы составляет около 25 единиц (мл 0,01 н Л/г), увеличение активности полифенолоксидазы сменяется ее ингибированием в июне и в июле, максимум до 70 % (рис. 1).
В зонах загрязнения отмечено активирование пероксидазы (рис. 1). У большинства растений различия между контрольными и опытными растениями становятся достоверными только в сильно загрязненных зонах. Одной из существенных физиологических причин устойчивости к газам при дыхании является соответствующая перестройка всей дыхательной системы и, в частности, увеличение активности пероксидазы и полифенолоксидазы, которые дают растениям возможность в неблагоприятных условиях добывать энергию, необходимую для поддержания жизнедеятельности. Понижение активности ферментов, по-видимому, связано со снижением физиологической активности растительного организма под влиянием газов. Полученные данные свидетельствуют о том, что в начале вегетационного периода растения более чувствительны, чем в середине и в конце вегетации. По мере старения листьев их чувствительность к газам уменьшается.
Накопление растениями атмосферных токсикантов в естественных условиях произрастания. Количество уловленной в загрязненных зонах серы составляет 0,40-0,72 % от воздушно сухого веса то есть 110-200 % от контроля (р < 0,05 - < 0,001) (рис. 2). Увеличение концентрации фенолов в листьях составило 101-119 %, ц = 0,57 (р < 0,001) (рис. 2). Количество фенолов в листьях увеличи-
вается от июня к августу, менее выражено это у растений, произрастающих в фоновой зоне. Это связывается нами с постепенным накоплением фенолов растениями в загрязненных зонах в течение вегетационного периода. Листья растений на территории источника густо покрыты сажей. Количество осевшей на листьях растений пыли закономерно убывает с увеличением расстояния от источника выбросов. В приземном слое воздуха на промплощадке завода загрязнение пылью происходит главным образом от неорганизованных выбросов. Последние при перемещении их ветром активно задерживаются зелеными насаждениями санитарно-защитных зон. Количество осевшей на листьях пыли у растений в третьей зоне увеличивается в сравнении с контрольной зоной в 6 раз, на расстоянии 0,5 км от предприятия — в 40 раз и на территории источника — в 90 раз (р < 0,001). При исследовании количества пыли, осевшей под пологом древостоев обнаружено на расстоянии 1 км от источника — 0,95—1,22 г/м3, на территории источника — 2,03 — 2,07 г/м3. Под кронами деревьев в загрязненных зонах задерживалось в среднем в 20 раз больше пыли, чем на открытом пространстве. Количество пыли, оседаемое на открытых участках, также значительно увеличивается с приближением к источнику воздействия. Так, в контрольной зоне на открытом участке обнаружено 0,0055±0,0009 г пыли/м2, на территории источника — 0,096±0,005 г/м2. Увеличения количества пыли на листьях растений к концу вегетационного периода, как в исследованиях других исследователей, нами отмечено не было. Мы связываем это с периодическим смывом пыли дождями.
При обработке серной кислотой не отмечено четкой зависимости между дозой и эффектом: при обработке 0,5 % и 1 % растворами поглощалось одинаковое количество серы. Количество серы, накопленной через 24 часа после обработки, превышает количество серы, уловленной через 72 часа. У всех исследуемых растений сера поглощалась больше в июле, чем в августе. Что объясняется старением листьев, снижением физиологической активности растений в августе.
Опрыскивание листьев исследуемых видов даже 0,25-процентным раствором серной кислоты привело к значительному поражению листьев. В концентрации 1,0 % серная кислота вызывает побуре-ние отдельных участков, в виде пятнышек с четко очерченной границей между живыми и отмершими клетками и тканями. Поврежденные участки листа обычно локализованы на периферии и в середине между жилками. Опрыскивание сопровождается наиболее сильным поражением молодых
листьев, которые повреждаются в 2—3 раза больше, чем взрослые. Различия в степени поражения разновозрастных листьев являются отражением отличий в скорости и объеме накопления в них токсических веществ. В последующем для анализа биохимических показателей были взяты взрослые листья растений. Активность каталазы после действия токсиканта снизилась до 99 — 61 %, различия между контрольными и опытными листьями становятся достоверными только при концентрации действующего токсиканта 0,5 %. Наблюдалось повышение активности полифенолоксидазы сразу после нанесения, впоследствии она падала при обработке более высокой концентрацией. Это падение мы обосновываем необратимостью нарушений, ведущих к гибели листьев, нарушений, с которыми полифенолоксидаза не в состоянии справиться. В случае с полифенолоксидазой частичное восстановление нарушений через 72 часа, как это было с каталазой, отмечено не было. Наоборот, смещения в активности этого фермента продолжали усугубляться. Отсюда можно сделать вывод, что каталаза является более чувствительной к действию вредных соединений, сразу реагируя на них. А нарушения в активности полифенолоксидазы проявляются медленнее и остаются на более долгий срок. Полифено-локсидаза растений, как и каталаза, более чувствительна в июле, нежели в августе. Таким образом, с повышением концентрации кислоты до сублетальных доз полифенолоксидаза устойчивых растений повышает активность, характеризуя защитные возможности растения, позволяющие нейтрализовать токсикант. Показатель рН под действием кислоты, как и следовало ожидать, значительно понижается. Ответная реакция пигментного комплекса растений на действие серной кислоты заключена в достоверном (при р < 0,05 — 0,001) снижении количества хлорофиллов и каротиноидов прямо пропорционально наносимой концентрации до 92 — 70 %. Соотношение пигментов а/в повышается у растений до 110—140 % к контролю, с увеличением концентрации кислоты это соотношение увеличивается Восстановления пигментного комплекса через 72 часа после опрыскивания не наблюдалось.
Результаты фумигации, проведенные в июне и июле, выявили способность исследуемых растений в больших количествах поглощать ароматические углеводороды из воздуха. Дисперсионный анализ показал силу влияния экспозиции на количество фенолов в листьях опытных растений, равную 0,70 — 0,97 (р < 0,001). Общее содержание фенолов в листьях ивы после экспозиции увеличивается до 142 % от контроля (табл. 1). Не обнаружено
Содержание фенолов в листьях ивы после экспозиции
Таблица 1
Конц, мг/м3 Контроль Экспозиция
метаном бензолом толуолом фенолом
30 12,06± 0,025 12,25±0,020 19,93±0,030*** 18,14±0,030*** 12,27±0,020
60 12,06± 0,025 13,21±0,018*** 22,46±0,030*** 20,56±0,032*** 14,56±0,021**
120 12,06± 0,025 14,06±0,023*** 22,88±0,036*** 21,13±0,029*** 15,13±0,021**
Примечание: достоверность различий с контрольными показателями: *— р<0,05; **— р<0,01; ***— р<0,001
четкой зависимости между концентрацией токсиканта и количеством фенолов в листьях, в некоторых случаях больше углеводородов поглощается при низкой концентрации, чем при более высокой. Среди всех использованных для экспозиции углеводородов лучше всего растениями усваивается бензол, затем — сумма бензола, толуола и фенола намного меньше других улавливается метан.
Фенолпоглотительная способность растений падает к концу вегетационного периода, эта тенденция прослеживается достаточно четко, эффективнее всего углеводороды поглощаются в июне. Среди всех изученных углеводородов только фенол в максимальной концентрации привел к визуальным повреждениям листьев. Листья ивы приобретали темно-серую маслянистую окраску. Экспозиция углеводородами оказывает стимулирующее влияние на активность полифенолоксидазы растения. Повышение активности пероксидазы растений после фумигации намного значительнее, чем полифенолок-сидазы. Активирование составляет в среднем 500 %, максимум при действии фенолом — до 1200 %. Таким образом, полученные данные свидетельствуют, что наиболее токсичными для растений являются фенол и смесь паров ароматических углеводородов. Наименее токсичны предельные углеводороды.
Листья растений после опудривания улавливали от 2 до 27 % наносимого на них техуглерода. Причем с увеличением массы наносимой сажи этот процент снижался, что говорит об ограниченной способности растений задерживать сажу. Через двое суток после нанесения оставалось примерно в 1,3 раза меньше техуглерода. Снижение ката-лазы после нанесения технического углерода составляло через 24 часа 98-63 % к контролю, через 72 часа — 96-68 % (ц = 0,89-0,98; р < 0,001). Ответная реакция на действие техуглерода полифенолок-
сидазы намного менее существенна, чем каталазы (ц = 0,93-0,99; р < 0,001). Смещения в активности этого фермента едва заметны и статистически не достоверны. При изучении пигментного комплекса отмечено небольшое понижение хлорофил-лов и каротиноидов примерно на 10-20 %. Различия между опытными и контрольными листьями в ряде случаев не достоверны, или достоверны при 5 и 1 % уровне значимости Не отмечено четкой зависимости между дозой и эффектом. Видимо, небольшой срок нахождения слоя сажи на листьях при эксперименте недостаточен для глубокого снижения пигментов ввиду ее относительно низкой токсичности для растений. Не замечено существенных отличий и при сравнении пигментного комплекса растений, обработанных в июне и июле.
Библиографический список
1. Малахова, Е. С. Газоустойчивость и аккумуляционная способность растений в техногенной среде нефтехимических предприятий Западной Сибири (на примере ОАО «Техугле-род») : дис. ... канд. биол. наук : 03.00.16 : защищена 24.12.04 : утв. 6.05.05 / Е. С. Малахова. - Омск, 2004. - 172 с.
2. Сергейчик, С. А. Растения и экология / С. А. Сергейчик. -Минск : Ураджай, 1997. - 224 с.
№
ДЕНИСОВА Елена Сергеевна, кандидат биологических наук, доцент (Россия), доцент кафедры «Безопасность жизнедеятельности» Омского государственного технического университета; доцент кафедры «Специальные эксплуатационные дисциплины» Омского института водного транспорта. Адрес для переписки: [email protected]
Статья поступила в редакцию 25.06.2014 г. © Е. С. Денисова
УДК 591.5(571.1з) Б. Ю. КАССАЛ
Омский государственный педагогический университет
ВИДОВОЕ МНОГООБРАЗИЕ РЫБ, АМФИБИЙ И РЕПТИЛИЙ ОМСКОЙ ОБЛАСТИ
Представлен видовой состав рыб, амфибий и рептилий на территории области и их природоохранный статус, предложено изменение списка внесенных в Красную книгу Омской области видов.
Ключевые слова: рыбы, амфибии, рептилии, природоохранный статус, Красная книга, Омская область.
За время с начала документально подтвержденных зоологических исследований в XVIII в. состав биоценозов на территории Омской области радикально изменился: к началу XXI в. большинство территорий оказалось занято сельскохозяйственными угодьями различного предназначения и значимости, с различной степенью интенсивности эксплуатации. За это время исчезли многие существовавшие и появились совершенно новые типы биотопов [1; 2, с. 145-150]. Это привело к утрате или сокра-
щению численности ряда видов животных. Сведения о современной фауне рыб, амфибий и рептилий на территории Омской области разрозненны, сравнительная оценка видового многообразия этих таксономических групп в полной мере не выполнялась.
Цель работы: оценить видовое многообразие и природоохранный статус круглоротых, рыб, амфибий, рептилий Омской области. Задачи:
— выявить видовой состав круглоротых, рыб, амфибий, рептилий на территории области;
