CC BY
77
УДК 630.181.28
использование морфометрических признаков для оценки состояния древесных растений в условиях г. красноярска
Е.В. Лисотова, Л.Н. Сунцова, Е.М. Иншаков
ФГБОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет», Красноярск, Россия, e-mail: lnsuntsova@mail.ru
Изучены адаптационные процессы Betula pendula Roth., Padus Maaki Kom., Malus silvestris Iur., произрастающих в магистральных посадках г. Красноярска. Выявлены отличия в биометрических показателях состояния насаждений и интенсивности фотосинтеза, связанные с условиями произрастания. У всех изученных видов наблюдалось снижение интенсивности роста побегов и накопления биомассы фотосинтезирующего аппарата относительно контроля. Все исследованные виды древесных растений распределены по их устойчивости к неблагоприятным факторам среды.
Ключевые слова: адаптация, биометрические показатели, ростовые процессы, техногенное воздействие
Adaptable processes Betula pendula Roth, Padus Maaki Kom. Malus silvestris Iur., growing in the main landings of Krasnoyarsk are studied. Differences in biometric indicators of a condition of plantings and intensity of the photosynthesis, the growths connected with conditions are revealed. At all studied kinds decrease in intensity of growth of runaways and accumulation of a biomass of the photosynthesizing device concerning control was observed. All investigated kinds of wood plants are distributed on categories of state and their stability to adverse factors of environment.
Keywords: adaptation, biometric indicators, ростовые processes, technogenic influence
ВВЕДЕНИЕ
Современная урбанизация - один из важнейших факторов техногенного давления на природную среду, ухудшающих ее состояние в городах и пригородных зонах. Подобное положение объясняет устойчивый интерес к исследованию городских экосистем. Условия произрастания зеленых насаждений на урбанизированных территориях резко отличаются от естественных и сказываются на самых разных сторонах жизнедеятельности растений. В условиях города древесные растения испытывают воздействие мало изменяющихся во времени факторов природного происхождения (климат, ландшафт, рельеф и т. д.), и сильно варьирующих - техногенного происхождения (развитие промышленности, транспорта). В результате деревья и кустарники подвергаются постоянному стрессу, на фоне которого происходит сокращение продолжительности жизни растений, снижение устойчивости их к болезням и вредителям (Мозолевская, 2000). В этих условиях важным свойством живых организмов является способность сочетать устойчивость (гомеостаз) и приспособление их строения и функций к изменяющимся условиям среды (адаптация), что дает возможность выжить в условиях нарастающего антропогенного экологического стресса.
Адаптивная стратегия растений - это комплекс морфологических, физиологических и биохимических характеристик, который позволяет эффективно использовать ресурсы среды. Благодаря определенным типам стратегий, растения осваивают местообитания с разной интенсивностью антропогенного воздействия. Оценка экологической пластичности растений и определение их адаптивного потенциала
позволяет решать разнообразные экологические и прикладные задачи, а также прогнозировать поведение видов при климатических изменениях и антропогенных воздействиях.
За последние десятилетия отечественными и зарубежными авторами накоплен значительный объем фактического материала по изучению антропогенного воздействия на различные аспекты жизнедеятельности растений (Беляева, Николаевский, 1989; Вайнерт, 1988; Неверова, 2001, 2002). Известно, что автомобильный транспорт и его инфраструктура являются наиболее опасными источниками воздействия на окружающую среду. Из всех типов озеленительных посадок именно придорожные насаждения представляются наиболее проблемными.
Экологические условия произрастания в магистральных посадках характеризуются постоянным присутствием в воздухе техногенных транспортных эмиссий (углеводородов, окислов азота и серы, пыли, соединений тяжелых металлов), совместное воздействие которых на растительный организм приводит к его ослаблению, а в последствие и к гибели (Вайнерт, 1988). К сожалению, в ряде случаев для озеленения придорожных зон промышленных городов используются либо неустойчивые виды, либо нарушаются правила посадки и ухода.
Красноярск является крупным промышленным центром с высокой техногенной нагрузкой на окружающую среду. Влиянию промышленного загрязнения на древесную растительность г. Красноярска посвящен ряд работ (Авдеева, 2000; Ставникова, Степень, 2008; Сунцова, Иншаков, 2007). Однако состояние насаждений в магистральных посадках г. Красноярска практически не исследовалось.
Целью работы явилось выявление особенностей роста и развития березы повислой (Betula pendula Roth.), черемухи Маака (Padus Maaki Kom.) и яблони сибирской (Malus silvestris Iur.) в магистральных посадках г. Красноярска.
ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
В качестве основного методического подхода был принят метод сравнительного анализа, предусматривающий изучение биометрических показателей у исследуемых объектов, произрастающих в зонах, отличающихся по уровню воздействия техногенного фактора. Объектами наших исследований явились магистральные насаждения березы повислой, черемухи Маака и яблони сибирской на проспектах Мира и им. Газеты Красноярский рабочий. Контролем служили групповые посадки этих видов в дендрарии Института леса СО РАН им. В.Н. Сукачева
Биологическое состояние растений оценивали по биометрическим параметрам годичных побегов. Для этого с 10 модельных деревьев каждого из исследуемых видов, с южной стороны средней части кроны, с ветвей второго порядка отбирали по 5 годичных побегов. В качестве биометрических показателей определяли: длину годичного побега (Б1), количество листьев на побеге (Б2), абсолютно-сухой вес листьев (Б3) и побегов (Б4), среднюю площадь листьев на годичном побеге (Б5). Суммарная оценка состояния деревьев каждого вида определялась по методике В. С. Николаевского (Николаевский и др., 1999).
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ
ИССЛЕДОВАНИя
Результаты, полученные в ходе изучения морфо-метрических параметров годичных побегов исследуемых видов, представлены в таблице 1.
Как показали исследования, условия местопроизрастания оказывают существенное влияние на биометрические показатели годичных побегов исследуемых видов. На проспектах Мира и Красноярский рабочий у всех изученных видов наблюдалось снижение интенсивности роста побегов и накопления биомассы фотосинтезирующего аппарата относительно контрольной площади.
Прирост годичного побега в условиях проспектов Мира и Красноярский рабочий относительно контроля снизился у березы повислой на 12 и 39 %, у черемухи Маака - на 22 и 44 %, у яблони сибирской - на 17 и 28 % соответственно.
Накопление органического вещества побегами и листьями исследуемых видов, характеризующее интенсивность фотосинтеза, заметно снизилось у особей, произрастающих в условиях проспекта Мира. Так, на данной пробной площади, абсолютно-сухой вес побегов и листьев березы повислой составил 78 и 89 % от контроля, черемухи Маака - 71 и 78 %, яблони сибирской - 66 и 73 % соответственно (таблица 1).
Аналогичная динамика прослеживается в изменении показателей «количество листьев на годичном побеге» и «площадь листьев». Максимальный прирост листовой пластинки у исследуемых видов наблюдается в условиях дендрария Института леса СО РАН, минимальный - на проспектах Мира и Красноярский рабочий.
Оценка существенности различий морфометри-ческих показателей годичных побегов исследуемых видов между пробными площадями проводилась с помощью статистики ^распределения Стьюдента (таблица 1). Установлено, при 5 %-ном уровне значимости и числе степеней свободы - V = 18, критическое значение t = 2,10 (Доспехов, 1972). Следовательно, различие биометрических показателей между пробными площадями существенно.
Как видно из результатов исследования, негативное воздействие условий произрастания в первую очередь влияет на процесс фотосинтеза, в результате чего снижается накопление сухой биомассы листьев и побегов. В условиях проспекта Красноярский рабочий, абсолютно-сухой вес листьев и побегов у яблони сибирской снизился на 65 и 62 % соответственно, в то время как длина годичного побега уменьшилась на 28 %, а площадь листьев на 40 %. Таким образом, из изученных биометрических параметров, именно этот показатель является наиболее чувствительным к условиям произрастания.
Оценка состояния деревьев исследуемых видов в баллах представлена в таблице 2.
Из данных таблицы видно, что в условиях проспектов, общее состояние деревьев исследуемых видов относительно контрольной площади ухудшается. Причем, наибольшее негативное воздействие экологических и антропогенных факторов испытывают особи, произрастающие в условиях проспекта Красноярский рабочий. На данной пробной площади, суммарная оценка состояния особей березы повислой, черемухи Маака и яблони сибирской относительно контроля снизилась на 14, 24 и 25 баллов соответственно, в то время как на проспекте Мира на 8, 12 и 14 баллов соответственно.
Из исследуемых видов, наименьшими показателями устойчивости в условиях магистральных посадок характеризуются особи яблони сибирской и черемухи Маака. Суммарная оценка состояния особей яблони сибирской в условиях проспектов изменяется в пределах 25-36, черемухи Маака - 26-38 баллов, что свидетельствует о низкой степени устойчивости данных видов к условиям загрязнения.
Экологические условия произрастания видов вблизи магистралей оказывают существенное негативное воздействие на состояние особей березы повислой, тем не менее, полученные данные говорят в пользу того, что данный вид может успешно к ним адаптироваться.
Таким образом, в результате проведенных исследований установлено, что условия произрастания оказывают существенное влияние на биометрические показатели годичных побегов у всех исследу-
емых видов. В условиях техногенной среды у березы повислой, черемухи Маака и яблони сибирской отмечалось снижение интенсивности роста побегов и листьев, накопления биомассы фотосинтезирую-щего аппарата и уменьшение количества листьев на побеге. Причем, наиболее чувствительными показателями к негативному воздействию окружающей среды являются биомасса листьев и побегов.
На основании суммарной оценки состояния особей исследуемых видов по биометрическим параметрам, изученные виды по степени снижения устойчивости
к атмосферному загрязнению можно расположить в следующей последовательности: береза повислая, черемуха Маака, яблоня сибирская.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИй СПИСОК
Авдеева Е.В. Зеленые насаждения городов Сибири: Монография/ Е.В. Авдеева. - Красноярск: Сиб-ГТУ, 2000. - 148 с. Беляева, Л. В., Николаевский В.С. Биоиндикация загрязнения атмосферного воздуха и состояние древесных растений // Научные труды Московского
Таблица 1 - Морфометрические показатели годичных побегов и оценка существенности различий морфометрических показателей исследуемых видов на пробных площадях
тг , Абсолютно сухой вес Абсолютно сухой вес Площадь листьев,
Длина побега, см ■' . -1 2
листьев, мг побега, мг см2
Вид
Условия произрастания*
±Х ±о tфакг ±Х ±о tфакт ±Х ±о tфакт ±Х ±о tфакт
12,1 0,23 6,7 0,343 0,011 2,52 0,121 0,007 3,33 52,0 2,0 4,42
Береза повислая
!,4 0,15 29,0 0,26 0,007 8,93 0,106 0,005 5,58 47,7 0,9 8,05
13,8 0,11
0,384 0,012
0,154 0,007
63,9 1,
Черемуха Маака
Яблоня сибирская
12,5 0,23 13,1 0,782 0,023 2,95 0,193 0,005 7,48 158,2 4,9 9,36 9 0,63 11,0 0,599 0,121 2,89 0,141 0,015 7,37 99,3 11,8 9,52
16,1 0,15
1,008 0,073
0,27 0,009
218,6 4,2
10,5 0,35 3,8 0,562 0,067 2,99 0,256 0,024 3,57 66,4 6,7 5,83 9,2 0,37 5,9 0,271 0,02 18,09 0,146 0,02 7,11 43,4 2,8 6,16
12,7 0,47
0,77 0,019
0,385 0,027
109,2 3
1
2
3
Таблица 2 - Оценка состояния деревьев исследуемых видов, произрастающих в разных экологических условиях по биометрическим показателям, в баллах
Вид Условия произрастания* Длина побега (Б1) Абсолютно- сухой вес листьев (Б2) Абсолютно-сухой вес побега (Б3) Площадь листьев (Б4) Количество листьев на годичном побеге (Б5) Суммарная оценка состояния (Св)
1 9 9 8 8 9 42
Береза по- 2 6 7 7 7 9 36
вислая
3 10 10 10 10 10 50
1 8 8 7 7 8 38
Черемуха 2 6 6 5 5 5 26
Маака
3 10 10 10 10 10 50
1 8 7 7 6 8 36
Яблоня 2 7 4 4 4 7 25
сибирская
3 10 10 10 10 10 50
* 1 - проспект Мира, 2 - проспект им. Газеты Красноярский рабочий, 3 - дендрарий Института леса СО РАН
лесотехнического института. - 1989. - Вып. 222. - С. 36 -47.
Вайнерт, Э. Биоиндикация загрязнения наземных экосистем / Э. Вайнерт, Р. Вальтер, Т. Ветцель и др. - М.: Мир, 1988. - 350 с.
Доспехов, Б. А. Планирование полевого опыта и статистическая обработка его данных / Б. А. Доспехов. - М., «Колос», 1972. - 207 с.
Мозолевская, Е. Г. Экологические категории городских насаждений / Е. Г. Мозолевская, Е. Г. Куликова // Научн. тр. МГУЛ, 2000. - Вып. 302 (I). - с. 5-12.
Неверова О. А. Биоэкологическая оценка загрязнения атмосферного воздуха по состоянию древесных растений / О. А. Неверова. - Новосибирск: Наука, 2001.- 119 с.
Неверова, О. А. Морфометрическая и дендрохроно-логическая диагностика состояния древесных
насаждений как способ индикации загрязнения урбанизированной среды / О. А. Неверова // Успехи соврем. естествознания. Биол. науки. - № 1. -2002. - С. 57-64.
Николаевский, В. С. Методы оценки состояния древесных растений и степени влияния на них неблагоприятных факторов / В. С. Николаевский, Н. Г. Николаевская, Е. А. Козлова // Лесной вестник, 1999. - Вып. 2. - с. 76-77.
Ставникова, Л.В. Исследование загрязнения воздушной среды г. Красноярска биоиндикационными методами: монография/ Л.В. Ставникова, Р.А. Степень. Красноярск: СибГТУ, 2008. - 48 с.
Сунцова, Л. Н., Древесные растения в условиях техногенной среды г. Красноярска / Л. Н. Сунцова, Е. М. Иншаков // Хвойные бореальной зоны. Т. XXIV. № 1. 2007. - с. 95-99.
