CC BY
69
Показателем водного режима видов считают степень развития межклетников [1, 2]. У изученных нами фиалок парциальный объём межклетников в мезофилле варьирует от 13 % до 17 %, что соответствует ксерофитам (растениям сухих и освещённых мест произрастания). Однако у ксерофитов сильно развита палисадная ткань и толстая пластинка, чего не наблюдается у рассмотренных видов: степень удлинённости их палисадных клеток менее 2, а коэффициент палисадности изменяется от 25 % до 33 %.
4А
Рис. 2. Внешний вид листа: 4 - V. collina Bess., 5 - V. hirta L.
Поперечный срез листа: 4А V. collina Bess., -5А - V. hirta L.
Изученные виды фиалок приурочены к относительно сухим песчаным почвам и освещённым местообитаниям, кроме V. mirabilis. В условиях недостаточного водоснабжения, по свидетельству целого ряда исследований, уменьшается интенсивность деления и величина растяжения клеток, быстрее идёт процесс дифференциации ткани, это приводит к мелкоклетности мезофилла и общей редукции листовой пластинки. Листья, собранные для анализа, имели средние размеры.
Экспериментально доказано, что недостаток азота вызывает утолщение клеточных стенок эпидермиса, задерживает рост клеток мезофилла, влияет на водный режим листьев. Наряду с этим, такие признаки, как тонкий малослойный лист, низкий коэффициент палисадности (лист V. collina можно отнести к изоморфногубчато-му), отсутствие устьиц в верхней эпидерме и сравнительно немногочисленные устьица в нижней эпидерме часто используются в качестве классических примеров «теневой структуры» [5, 9, 11].
Таким образом, выявленное отсутствие тесной связи между строением листьев у изученных фиалок и местообитаниями, определённое сходство в их структуре следует объяснять иными причинами. V. collina, V. hirta, V. mirabilis - раноцветущие летнезеленые виды, их цветение начинается до полного развёртывания розеточных листьев в начале мая, следовательно, цветочные почки сформированы осенью; ранний переход в генеративную фазу тормозит разрастание клеток мезофилла. Есть и другое предположение, основанное на известном факте: общий для всех видов характер строения ассимиляционной ткани - «организационный признак» - сохраняется в родственной группе на протяжении истории её развития [2, 4]. Произрастание древних травянистых ви-
дов семейства Violaceae в горных условиях (характеризующихся недостатком элементов минерального питания, более широкой по сравнению с условиями равнин амплитудой суточного хода температур, повышенной ультрафиолетовой радиацией, усилением освещения и др.) могло вызвать в строении растений однотипную в главных чертах реакцию, выраженную в угнетении (сокращении) деления и растяжения клеток - ретардоморфоз. Ретардоморфоз как специфическая адаптивная реакция растений на сложный комплекс горных условий изучен у многолетних травянистых видов рода Trifolium L. [8]. При расселении растений не все экологические признаки анатомического строения у новых видов резко изменяются, позволяя судить об условиях обитания предковых форм [3]. Доказать вышеизложенное помогут дальнейшие исследования других видов рода Viola.
Список литературы
1. Борисовская Г.М. Анатомическое строение листьев некоторых видов рода Saxífraga (Saxifragaceae) тундры // Бот. журн.- 1985.Т. 70.- № 12.- С. 1629-1636.
2. Василевская В.К. Формирование листа засухоустойчивых растений.- Ашхабад: Изд-во АН Туркменской ССР, 1954.-184 с.
3. Василевская В.К. Развитие экологической анатомии в СССР//Бот. журн.- 1979.- Т.64.- №5.- С.654-664.
4. Васильев Б.Р. Строение листа древесных растений различных климатических зон.- Л.: Изд-во ЛГУ, 1988.- 208 с.
6. Горышина Т.К. Экология травянистых растений лесостепной дубравы.- Л.: Изд-во ЛГУ, 1975.- 127 с.
7. Никитин В.В. Сем. 62. Violaceae Batsch - Фиалковые // Флора Восточной Европы.- СПб.: Мир и семья, 1996.- С.180-206.
8. Никитин В. В. Применение анатомических признаков листа в систематике восточноевропейских и кавказских представителей рода Viola L. (Violaceae) // Бот. журн.- 2002.- Т. 87.- №7.- С. 49-63.
9. Николаевская Е.В. Морфолого-анатомическое строение листа видов рода Trifolium L. в связи с их адаптацией к вертикальной зональности на Центральном Кавказе: Автореф. дис.... канд. биол. наук.-СПб., 1992.- 19 с.
10. Раздорский В.Ф. Анатомия растений.-М.: Советская наука, 1949.524 с.
11. Тахтаджян А.Л. Система магнолиофитов.- Л.: Наука, 1987.- 440 с.
12. Шенников А.П. Экология растений.-М.: Советская наука, 1950.-375 с.
Н.М. Тукачева, В.М. Зверяченко Северо-Казахстанский государственный университет им.Манаша Козыбаева, кафедра теории и методики начального и дошкольного образования; atukachev@nkzu.edu
ИССЛЕДОВАНИЕ БИОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ЛЕСООБРАЗУЮЩИХ РАСТЕНИЙ В ЗЕЛЁНОЙ ЗОНЕ ПЕТРОПАВЛОВСКА (СЕВЕРОКАЗАХСТАНСКАЯ ОБЛАСТЬ)
The article describes a biological state of wood plants: birk, shade tree, poplar, which are the main forest building breeds of the green zone around the town of Petropavlovsk of the North-Kazakhstan Region. The green zone plays a great role in regeneration of the town air pool, provides the preservation of diverse components of the nature.
В условиях урбанизированных ландшафтов одним из наиболее эффективных методов борьбы против неблагоприятных городских факторов является создание зелёных зон вокруг городов.
Северо-Казахстанская область (СКО) считается трудным регионом для выращивания искусственных лесонасаждений из-за климатических и почвенных условий, среди которых наиболее важные: недостаток влаги; засо-
лённость почвы, появляющаяся пятнами в микропонижениях (солонцы и солончаки); ранние осенние и поздние весенние заморозки, относительная сухость зимы и весны. Тем не менее разработанные технологии создания лесных насаждений позволили повысить лесистость области путём создания десятков тысяч новых искусственных лесов в зелёной зоне Петропавловска.
При выделении зеленой зоны стало ясно, что вокруг города Петропавловска в течение исторического периода значительная часть лесов естественного происхождения была уничтожена, а оставшаяся находится в таком состоянии, что они не могут служить надежным регенератором воздушного бассейна города.
В состав зелёных зон города необходимо включать устойчивые и декоративные насаждения с высокими эстетическими и санитарно-гигиеническими свойствами, обеспечивающие надлежащие условия для массового отдыха населения. Кроме того, в них должны быть усилены мероприятия по благоустройству, охране лесов от пожара, браконьерству и сохранению разнообразных компонентов природы.
Доминирующее положение в зелёной зоне заняли не только местные, лесные породы, такие как береза, осина, но и сосна обыкновенная, лиственница сибирская, тополь бальзамический и другие.
В связи с тем, что лесоустройство последние 20 лет не проводилось в зелёной зоне, то остается открытым вопрос о биологическом состоянии и ходе роста этих древесных растений. Человек, потребляя природные ресурсы для решения своих хозяйственных задач, изменяет природную среду, которая, как бумеранг, начинает воздействовать негативно на самого человека. Среди важнейших факторов повышения агрессивности среды по отношению к человеку следует, прежде всего, отметить загрязнение атмосферного воздуха и вод, а также возрастание патогенности болезнетворных организмов.
Жизнь дерева продолжительнее человеческой. Деревья - это живые памятники прошедших столетий и даже тысячелетий. Деревья несут эстафету наших дней в будущее. При использовании растений для декоративных целей необходимо учитывать, что растения являются живым материалом и декоративные качества их зависят как от свойств самого растения, так и от условий среды, в которых происходит их развитие. Кроме того, декоративные качества растений динамичны. Они в большей или меньшей мере изменяются в связи с развитием растения - возрастным и сезонным. Поэтому при использовании растений с декоративной целью учитываются не только их биологические свойства, но и условия внешней среды, где эти растения произрастают.
Одним из важнейших свойств древесных растений являются достигаемые ими размеры, быстрота роста и долговечность.
Имеется много классификаций деревьев и кустарников по высоте роста и диаметру крон. С классификацией деревьев и кустарников по высоте, используемой в декоративной дендрологии, по А.И. Колесникову [2] можно ознакомиться в таблице 1.
Древесные растения, которые использовались в зелёной зоне вокруг города Петропавловска, имеют следующую характеристику. Из хвойных растений лиственница сибирская и сосна обыкновенная, из лиственных -береза бородавчатая, тополь бальзамический относятся к деревьям первой величины (20 м и выше).
Быстрота роста является весьма важным свойством древесных растений. Быстрорастущие растения раньше дают декоративный эффект и раньше проявляют защитные свойства.
Таблица 1
Классификация деревьев и кустарников по высоте
Древесные растения Классы высоты Высота, м
Деревья I (первой величины) 20 и более
II (второй величины) 10-20
III (третьей величины) 5-10
Кустарники I (высокие) 2-5
II (средней высоты) 1-2
III (низкие) 0,5-1
Быстрорастущими считаются такие древесные растения, которые в молодом возрасте растут быстрее других. Прирост древесных растений идёт в трёх направлениях: а) по высоте, б) по ширине (диаметру) кроны и в) по толщине (диаметру) ствола.
У всех видов древесных растений наблюдается общая закономерность: в первые годы развития дерева годичный прирост невелик, затем он увеличивается, достигая к определенному возрасту наибольшей величины, потом постепенно уменьшается; наконец, в старости рост деревьев в высоту почти приостанавливается. Наиболее интенсивный прирост в высоту у большинства деревьев наблюдается в возрасте от 10 до 20-30 лет.
Для практических целей в озеленении можно использовать классификацию древесных пород по быстроте роста в высоту, автором которой является А.И. Колесников [2].
Весьма быстро растущие - с ежегодным приростом до 2 м и более. Быстрорастущие - с приростом до 1 м. Умеренного роста - с приростом до 0,5-0,6 м. Медленно растущие - с приростом до 0,25-0,3 м. Весьма медленно растущие - с приростом до 15 см и менее.
Из древесных растений зеленой зоны вокруг города Петропавловска тополь бальзамический и береза бородавчатая относятся к весьма быстро растущим; сосна обыкновенная и лиственница сибирская относятся к быстрорастущим. Интенсивный рост наблюдается в сравнительно молодом возрасте: у березы - в 10-15 лет; у лиственницы - в 20-30 лет; у сосны обыкновенной - в 2040 лет; у тополя бальзамического - в 10-20 лет [2].
Продолжительность жизни древесных растений имеет большое эстетическое значение, так как старые мощно развитые деревья представляют большую декоративную ценность, чем молодые.
Быстрорастущие породы (тополь, ива, береза) обычно менее долговечны, чем медленно растущие (дуб, липа, клен остролистный).
По долговечности деревья и кустарники могут быть подразделены на четыре группы (табл. 2) [2].
Таблица 2
Группы долговечности древесных пород по А.И. Колесникову
Группа долговечности Продолжительность жизни (лет)
деревья кустарники
I - весьма долговечные II - долговечные Ш-средней долговечности IV - недолговечные 500 и более 200-500 100-200 до 100 100 и более 50-100 25-50 до 25
Предельная долговечность древесных пород, распространенных в зеленой зоне вокруг города Петропавловска, следующая: лиственницы - 600 лет и более; сосны - 500-600 лет; березы - до 100 лет; тополя - 100-200 лет (доживает до 160 лет).
Лес существенно влияет на газообмен в атмосфере. Началом этого круговорота является процесс фотосинтеза, при котором выделяется кислород. Только с зелёными растениями атмосферный кислород находится в двухстороннем взаимодействии - поглощается при дыхании и выделяется при фотосинтезе.
Ежегодно леса СНГ выделяют более 4 млрд т кислорода, поглащая 5,5 млрд т углекислого газа. В расчете на 1 га леса зелёных зон выделяется кислорода и поглощается углекислоты в следующих количествах (т):
О2 СО2
I класс бонитета ..................... ........................ 10 2,2
II класс бонитета ..................... ........................ 6 2,0
III класс бонитета ..................... ........................ 4 1,7
IV класс бонитета ..................... ..................... 2,5-3 1,5
Таким образом, максимальные значения выделения кислорода характерны для высокобонитетных насаждений.
Лес выделяет кислорода больше, чем сельскохозяйственные угодья. Сосновые леса в год выделяют кислорода 30 т/га, лиственные - 16, а сельскохозяйственные культуры - от 3 до 10 т/га [1].
В зелёной зоне города Петропавловска древесные растения берёза, сосна, лиственница, тополь относятся ко II классу бонитета.
Отрицательные ионы называют «витаминами воздуха». Чем больше аэроионов в воздухе, тем он полезнее. В жилых помещениях число отрицательных аэро-инов падает до 15-25 в кубическом сантиметре. Этого едва хватает на поддержание процесса жизни. Отсюда быстрая утомляемость, недомогание, заболевания [3].
Кроме недостатка отрицательных аэроионов существует проблема переизбытка положительных аэроионов. Положительные аэроионы - это ионы-убийцы, они несут болезни и медленную смерть. Около экранов телевизоров и компьютеров их, как утверждают исследователи, мириады. Без вкуса и запаха они проникают в легкие, и альвеолы легких покрываются слизью и слипаются. И чем больше времени мы проводим у компьютеров и телевизоров, тем больше нуждаемся в отрицательных аэроионах.
Вот выдержка из письма доктора технических наук Л.С.Загорского в Государственную Думу России: «За последние десятилетия количество компьютеров, цветных телевизоров с высоким уровнем излучения, омертвляющих воздух кондиционеров и прочей подобной техники возросло в тысячи раз. Аэроионы кислорода, которых и так катастрофически не хватает в городском воздухе, притягиваются к экранам компьютеров и телевизоров и ПОЛНОСТЬЮ уничтожаются, превращая воздух жилых и рабочих помещений в безжизненную субстанцию. Все это оказывает в высшей степени пагубное воздействие на здоровье и генофонд нации» [3]. Ионизация в лесу выше, чем на открытом месте (табл. 3).
Таблица 3
Содержание аэроионов в лесу и на открытом месте (по В.И.Власюку)
Время суток (часы) Число аэроионов в 1 см3 воздуха
В лесу На открытом месте
8 600 280
12 1150 500
18 700 400
Древесные растения активно задерживают пыль. 1 га хвойных пород задерживает за год до 40 т пыли, 1 га лиственных - около 100 т. Многие древесные растения,
хотя и не в одинаковой степени, обладают способностью к осаждению и удерживанию пылевидных частиц.
Пылевидные частицы, оседающие на поверхности гладких листьев (тополя, осины, берёзы), легче укрупняются, проще удаляются при порывах ветра. На шершавых, покрытых волосками листьях пыли скапливается больше, но меньшая часть ее смывается осадками. Таким образом, санирующая эффективность зависит от характера листовой поверхности, кроны и размера дерева.
Наилучшую фильтрационную роль растения выполняют в том случае, когда оседающие на листья твердые частицы пыли не вызывают угнетения и гибели отдельных органов или всего дерева. Особенно сильно повреждаются растения при концентрации в воздухе вредных примесей. Сернистый ангидрит - одно из основных веществ, наносящих ущерб растениям. Токсичность проявляется даже при незначительном содержании его в воздухе - 1: 1 000 000 и менее.
Немецкими специалистами предложена шкала газоустойчивости растений к сернистому ангидриту (по Дес-слеру), которая позволяет определить степень устойчивости многих древесных пород. Береза бородавчатая и тополь бальзамический относятся к сравнительно газоустойчивым растениям, лиственница и сосна обыкновенная очень чувствительные к сернистому ангидриту [2].
Благотворное влияние лесного биоценоза на здоровье людей происходит благодаря фитонцидам, уничтожающим многие болезнетворные вирусы, микробы и бактерии. Фитонциды очищают воздух. Кубометр воздуха берёзового леса содержит примерно 450 микробов (для операционных помещений допустимое содержание - 500 микробов). В обычном городском воздухе (в 1 м3) насчитывается десятки тысяч микробов. У различных насаждений фитонцидность неодинаковая. В течение часа на площади 1 га сосняк вырабатывает 0,154-0,392 кг, березняк - 0,028-0,310 кг «витаминов воздуха». Максимум фитонцидов излучают в июне-августе, особенно во второй половине дня в 15-16 ч. В отличие от лиственных хвойные растения продолжают выделять фитонциды и зимой [1].
По запасу древесины можно рассчитать работу древесных растений на кислород. Средний запас стволовой древесины на 100 деревьев составляет у берёзы - 9,3 м3, сосны и лиственницы - по 6,6 м3, тополя - 32,5 м3. Тополь бальзамический к 38 годам в зеленой зоне Петропавловска имеет хороший запас древесины, который превосходит в 3 раза берёзу и в 5 раз сосну и лиственницу.
В нашем исследовании объём древесины одного дерева тополя бальзамического составил 0,39 м3. На одном гектаре в зелёной зоне насчитывается 286 растений. Следовательно, объем древесины с корой составил 111,54 м3, без коры - 97,3 м3. Абсолютно сухой вес 1 см3 тополя составил 0,45 г. Абсолютно сухой вес одного дерева тополя составил 174,5 кг. Сухой вес древесины на одном гектаре составил 49907 кг.
Установлено, что при образовании 1 тонны абсолютно сухой древесины независимо от древесной породы поглощается в среднем 1,83 т углекислоты и выделяется 1,32 т кислорода [2].
Следовательно, с одного гектара тополя бальзамического в атмосферу выделяется 66 тонн кислорода.
В ходе исследования сделан основной вывод о том, что для зелёной зоны города Петропавловска целесообразно использовать лесообразующие древесные растения, такие как берёза повислая, сосна обыкновенная, лиственница сибирская, тополь бальзамический, которые обладают высокой репродуктивной способностью по зелёной массе, по кислороду, приспособленные к местным климатическим и почвенным условиям, отвечают
эстетическим и санитарно-гигиеническим требованиям города.
Список литературы
1. Игнатенко М.М., Гаврилов Г.М., Карпов Л.Н. Лесопарки Ленинграда. - Л.: Строиздат. Ленигр. отд-ние, 1980. - 192 с.
2. Колесников А.И. Декоративная дендрология.-М.: Лесная пром., 1974.704 с.
3. Тукачев А.А., Тукачева Н.М. Нужна ли нам люстра Чижевского?// Петропавловск.-2000.-№5. -С 176-178.
М.С. Некрасов
Северо-Казахстанский государственный университет им.Манаша Козыбаева, кафедра общей биологии
ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОБСТАНОВКА КАК РЕГУЛИРУЮЩИЙ ФАКТОР ИСПОЛЬЗОВАНИЯ КОЛОЧНЫХ ЛЕСОВ СЕВЕРНОГО КАЗАХСТАНА
Экологическая обстановка складывается из естественных и антропогенных процессов. Леса Северо-Ка-захстанской области характеризуются в основном как типичные колочные березняки и осинники.
Колочные фитоценозы приурочены к западинам, реже встречаются на плоских хорошо дренированных участках и гривах, на почвах серых лесных и солодях. Лесо-образующими породами являются берёзы повислая и пушистая, осина. Доминирует берёза, на долю которой приходится 86% площади, остальная занята осиной, ивой и искусственными насаждениями.
Довольно крупными массивами берёзовые леса произрастают в плакорных экологических условиях только на северной оконечности области, севернее 55-й параллели (Кзылжарский, северная часть районов Мамлют-ского и им. М. Жумабаева). В большинстве своём лесные насаждения представлены колками площадью от 0,1 до 50 га с различной их разбросанностью среди безлесных участков.
Лесные насаждения области отнесены к I группе лесов. Леса зелёных зон вокруг городов, посёлков, сёл составляют 3,1% общего лесного фонда. Наиболее крупные зелёные зоны вокруг городов Петропавловска и Бу-лаево, представляющие собой пятнадцатикилометровые полосы.
Защитные природные леса, которые ограждают дороги от снежных заносов и создают нормальные условия для работы транспорта, составляют 0,4% лесного фонда области.
Остальные по существу полезащитные фитоценозы (96,5%) представляют собой леса комплексного значения: почвозащитного, водоохранного, лечебного, эстетического, санитарно-гигиенического и лесоэксплуатационного.
Наиболее распространенные свежезападинные колочные леса по характеру и интенсивности биологического круговорота относятся к среднепродуктивным, среднезольным (зольность в опаде 3,19%) с заторможенным разложением опада (отношение подстилки к опаду составляет 3:2).
Семенное лесовозобновление берёзы как под пологом, так и на вырубках происходит крайне неудовлетворительно. Одной из причины этого является сильное задернение почвы, особенно на непокрытых лесом площадях (в рединах, на прогалинах). Более успешным является порослевое возобновление на вырубках.
Антропогенный пресс на фитоценозы усиливается в
связи с рыночными явлениями, ежегодным возрастанием потребностей в продукции лесов, главным образом, в древесине и дровах. Хозяйственная деятельность в современных условиях приводит к снижению площадей естественных лесов, образованию большого количества возобновившихся вырубок и насаждений с невысокой полнотой, снижению лесокультурных работ в 3-4 раза по сравнению с предшествующими периодами. Практически не используются элементы кроны, другие остатки лесозаготовки, лесопиления, лесоразработки.
Проведённое исследование [2] количественной характеристики фракционного состава берёзы свидетельствует о том, что крона в спелых березняках (55-60 лет) составляет около 15%, в приспевающих (36 лет) - 12,4%, в молодняках -13,5%. Следовательно, имеется резерв увеличения продукции при заготовках на 10-12%, которая может быть дополнительным сырьём для изготовления древесно-стружечных и древесно-волокнистых плит.
Древесная зелень (облиственные мелкие ветви берёзы толщиной до 1 см), злаки и другие травянистые растения могут использоваться на корм скоту и для приготовления витаминной муки. Запасы древесной зелени составляют 15-17 т/га в сыром виде или 7-8 т/га в абсолютно сухом состоянии. Кормовая ценность её довольно высокая: до 12% протеина и от 16,3 до 36,1% клетчатки в сухой массе.
Продуманное, научно обоснованное комплексное использование лесов должно включать сбор берёзового сока. Исследования [3] на продуктивность и качество сока, приведённые в спелых и перестойных насаждениях на модельных берёзах на 3-х пробных площадях в течение 2-х лет, показали, что подсочку целесообразно начинать во второй, а иногда и в третьей декаде апреля и заканчивать в первой половине мая. Сезонный выход сока с одного дерева в зависимости от погодных условий и диаметра дерева может составлять 100 л. Сахаристость сока колебалась от 0,6 до 2,4%. Содержание витамина С в соке утреннего сбора составляло 9,61 мг/л, через 3 часа -5,82 мг/л. В условиях области в подсочку может быть отобрано до 300 деревьев на гектаре отводимого в рубку леса и получено до 20 т сока. Неконтролируемая же добыча сока населением наносит ощутимый вред лесам, особенно находящимся вблизи населённых пунктов.
Положительный вектор антропогенного воздействия, направленный на повышение продуктивности и защитных свойств колочных березняков, должен включать: своевременное облесение вырубок и гарей; реконструкцию и обогащение видового состава естественных низкополнотных, малоценных и расстроенных насаждений, включая создание культур из сосны и лиственницы [1]; подбор древесных пород в соответствии с экологической обстановкой; рубки ухода, обеспечивающие получение дополнительного количества и улучшения качества выращиваемой древесины, сохранение молодняка; предотвращение и эффективную борьбу с лесными пожарами и повреждениями леса насекомыми и грибами.
Разработка рационального режима хозяйства в колочных березняках при определённой гармонии естественных и антропогенных процессов позволит создать условия быстрого восстановления продуктивных насаждений и усиления всех защитных функций лесных фито-ценозов.
Список литературы
1. Зверяченко В.М. Создание культур сосны и лиственницы в берёзовых
колках Пригородного лесхоза Северо-Казахстанской области /Сб.
"Актуальные вопросы лесного хозяйства Казахстана». -А-Ата, 1971.
2. Колодченко Н.А. Запасы фитомассы и энергии в березняках колочной
