CC BY
185
ЭкРлогия
Литература
1. Воробьев В.В., Деревянко А.П. Амурская область. Опыт энциклопедического словаря / общ.ред. Н.К. Шульман. - Благовещенск: Хабаров. кн. изд-во, Амурское отделение.1989. - 414 с.
2. Бреховских В.Ф. Гидрофизические факторы формирования кислородного режима водоемов. - М.: Наука, 1988. - 168 с.
3. Левишина С.И. Содержание и динамика органического вещества в водах Амура и Сунгари // География и природные ресурсы. - 2007. - № 2. - С. 44-51.
4. Методы исследования качества воды / под ред. А.Г. Шицковой. - М.: Медицина, 1990. - 400 с.
5. Позднякова А.Н. Биохимическое потребление кислорода // Руководство по химическому анализу поверхностных вод суши. - Л.: Гидрометеоиздат, 1977. - С. 335-340.
6. Суйков Н.В. Инженерные методы улучшения качества воды // Экология урбанизированных территорий. - 2006. - № 4. - С. 58-62.
7. Харина С.Г., Царькова М.Ф. Оценка экологического состояния водоемов агроландшафтов среднего Приамурья // Проблемы региональной экологии. - 2007. - № 3. - С. 13-20.
УДК 582.632.1:574.24 В.И. Полонский, И.С. Полякова
МОРФОМЕТРИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ЛИСТЬЕВ SYRINGA JOSIKAEA JACQ.
В ОЦЕНКЕ КАЧЕСТВА ГОРОДСКОЙ СРЕДЫ
Проведено сравнительное исследование величины морфометрических параметров листовых пластинок сирени венгерской SyringajosikaeaJacq., произрастающей в различных по степени загрязнения участках города Красноярска. Установлено, что безразмерный показатель отношения ширины листьев к их толщине может выступать чувствительным критерием в сравнительной оценке антропогенной нагрузки на городскую среду.
Ключевые слова: сирень SyringajosikaeaJacq., лист, ширина, толщина, загрязнение среды, город.
V.I. Polonskiy, I.S. Polyakova
MORPHOMETRIC PARAMETERS OF SYRINGA JOSIKAEA JACQ. LEAVES IN THE URBAN ENVIRONMENT QUALITY ASSESSMENT
The comparative research on the lamina morphometric parameters of the Hungarian lilac Syringajosi-kaeaJacq.growing in various on the pollution degree areasof Krasnoyarskcity is conducted. It is established that the dimensionlessindicator of the leaf width to their thickness can be a sensitive criterion in the comparative assessment of the anthropogenic load on the urban environment.
Key words: lilac Syringa josikaea Jacq, leaf, width, thickness, environment pollution, city.
Введение. Сегодня проблема загрязнения атмосферы и почвы на планете все еще далека от ее разрешения. Особенно это актуально для городских территорий, где техногенный пресс на окружающую среду в последнее время не ослабевает [3]. Источниками такого загрязнения являются как промышленные объекты, так и автотранспорт. При этом роль последнего в ухудшении качества городской среды постоянно увеличивается [20].
Для принятия эффективных управленческих решений необходима информация о степени загрязнения конкретных городских территорий. Такие данные могут быть получены с помощью приборного слежения за содержанием тех или иных опасных химических веществ в атмосфере (почве) либо с применением методов биоиндикации. Второй подход к мониторингу качества окружающей среды, особенно с привлечением растений, является во многом предпочтительнее. В этом плане по своей оперативности, низкой трудоемкости и простоте следует выделить способ оценки состояния среды на основе морфометрических параметров листьев растений.
В литературе экспериментально найдены зависимости линейных размеров листьев - длины [1, 11, 13, 29], ширины [1, 7, 11, 17, 18, 22], толщины [1, 11, 22, 30], величины площади листьев [1, 29], их геометриче-
ской формы [21, 24], удельной площади [26], длины жилок листьев [1, 21], флуктуирующей асимметрии листьев [4-6, 8], длины черешка [1] от уровня загрязненности окружающей среды. Из перечисленных морфо-метрических показателей для целей биоиндикации наиболее удобными являются длина, ширина и толщина листьев. Их можно легко и непосредственно измерить с помощью простейших приборов, они не требуют последующих громоздких вычислений, при этом не происходит повреждения и тем более уничтожения листьев. Однако в литературе встречается противоречивая информация о направленности изменения рассматриваемых морфометрических параметров листа в условиях загрязнения окружающей среды. Так, одни авторы [2, 22] нашли, что при увеличении антропогенной нагрузки на растения толщина листа падает, другие в таких условиях продемонстрировали ее рост [11, 12]. Кроме того, отмечена недостаточная чувствительность в ответ на действие стресс-факторов длины листа [1, 24] или его площади [16].
Цель исследований. Анализ возможности выполнения мониторинга качества городской среды по показателям ширины и толщины листьев сирени венгерской.
Объект и методы исследований. В работе измеряли морфометрические параметры листовых пластинок сирени венгерской (Буппдарэ'кава Jacq.), произрастающей в условиях г. Красноярска. Этот вид растений широко распространен в городских и поселковых зеленых насаждениях нашей страны [15]. Участки, подвергавшиеся обследованию, были представлены, во-первых, относительно чистой, условно фоновой территорией с отсутствием промышленных объектов и очень низкой интенсивностью движения автотранспорта, расположенной на окраине города вблизи лесного массива (микрорайон Академгородок [14, 19, 23]) и, во-вторых, территориями с высоким общим уровнем загрязнения - в основном выхлопными газами автотранспорта - Железнодорожным районом (Красная площадь [14, 24]) и Октябрьским районом (проспект Свободный [9, 14, 24]). В каждом исследуемом участке города для анализа реакции растений сирени венгерской отбирали не менее чем по 100 шт. листьев (табл.). Эту операцию выполняли в нижней части кроны в среднем с 10 растений для каждого выбранного участка. Собранные листья помещали в полиэтиленовые пакеты и сразу доставляли в лабораторию, где на листовых пластинках делали промеры ширины и толщины листа. Измерения ширины выполняли линейкой с точностью 1,0 мм, а толщины - с помощью прибора Тургоромер-1, точность определения - 0,01 мм [10]. Для этого на листовой пластинке ровно посередине делали сгиб и в этом месте измеряли ширину листа и толщину правой и левой половин листа. Показатель толщины листа представлял собой среднюю арифметическую измерений обеих половин листа. Исследования были выполнены на полностью сформированных листьях сирени в сентябре 2013 года.
Результаты исследований и их обсуждение. Из данных, приведенных в таблице 1, можно видеть, что максимальные значения ширины и минимальные значения толщины листьев зарегистрированы у сирени, произрастающей на территории микрорайона Академгородок. Различия в величине рассматриваемых морфометрических параметров листьев между растениями из этого фонового участка и двух исследуемых загрязненных территорий г. Красноярска были существенными (р <0,05). Минимальное значение ширины листьев было отмечено для растений, произрастающих на городской территории Красная площадь, что может косвенно свидетельствовать о наибольшей степени загрязнения среды в этом участке. При этом взятые для анализа из насаждений участков Красной площади и проспекта Свободного листья сирени отличались между собой достоверно по ширине, но по толщине между ними различия не зарегистрированы.
Показатели ширины и толщины листьев сирени венгерской, произрастающей в различных по уровню загрязнения участках территории г. Красноярска
Место произрастания растений Количество листьев Ширина, мм Толщина, мм Ширина/ толщина Относительная величина к фону, %
Ширина Толщина Ширина/ толщина
Академгородок (фон) 324** 258*** 73±1 а* 0,14± 0,01 а 521 100 100 100
Красная площадь 256** 156*** 52±1 б 0,20± 0,01 б 260 71 143 50
Проспект Свободный 158** 158*** 61±1 в 0,20± 0,01 б 305 84 143 58
Среднее к фону, % - - - 78 143 54
* - значения в строках с разными буквами различаются достоверно между собой в пределах каждой колонки по критерию при р <0,05; ** - количество листьев, взятых для измерения ширины, *** - количество листьев, взятых для измерения толщины.
Экология
Относительные значения ширины листьев растений, произрастающих на загрязненных территориях, уменьшились по сравнению с фоновым участком в среднем на 22 %, а значения толщины листьев возросли на 43 %. Величина безразмерного коэффициента, показывающего отношение ширины листа к его толщине (мм/мм), снизилась в условиях техногенного загрязнения по сравнению с фоном почти вдвое, а именно на 85 %.
В иностранной литературе при изучении реакции растений на загрязнение окружающей среды часто используется показатель удельной площади листа (specific leaf area, SLA) [26 и др.]., который представляет собой отношение площади листа к его сухой массе (см2/г) или, другими словами, площадь единицы массы листа. Этот параметр обычно возрастает при затенении растений (адаптивная реакция на ухудшение условий облучения, проявляющаяся в росте листовой поверхности и снижении толщины листа) и уменьшается при увеличении концентрации в атмосфере некоторых поллютантов (защитная реакция, выражающаяся в сокращении поверхности листа и повышении плотности его тканей) [30-32]. Как показано на нескольких сельскохозяйственных видах, листья растений, выращенных в более благоприятных (лабораторных или тепличных) условиях, характеризуются большей величиной удельной площади листа по сравнению с полевыми растениями [25, 27, 28].
В нашей работе в качестве критерия оценки степени загрязнения городской среды использовалось отношение ширины листа к его толщине. Априори известно, что площадь листа связана положительной зависимостью с его шириной, а на массу листа положительно влияет его толщина. Поэтому можно заключить, что два морфометрических параметра - удельная площадь листа и отношение ширины листа к его толщине - являются близкими, однотипными показателями и должны проявлять сходную ответную реакцию на действие стресс-факторов. Как было показано выше, в работе был зарегистрирован факт значительного снижения отношения ширины листа к его толщине у растений сирени венгерской, произрастающей в загрязненных районах г. Красноярска, по сравнению с относительно чистой городской территорией, что совпадает с данными по удельной площади листьев, опубликованными в литературе [32 и др.].
Заключение. Итак, в работе показана реакция листьев сирени венгерской на загрязнение городской среды (участки Красной площади, проспекта Свободного г. Красноярска по сравнению с фоновой территорией - микрорайоном Академгородок), выражающаяся в закономерном уменьшении ширины листа и увеличении его толщины. Толщина листьев реагировала на условия загрязнения среды относительно вдвое сильнее, чем их ширина. Продемонстрировано, что величина отношения ширины листьев к их толщине является чувствительным показателем состояния растений, произрастающих на загрязненных участках г. Красноярска, и может быть использована для оценки качества окружающей среды.
Литература
1. Бойко А.А. Дендроэкологическая характеристика березы повислой (Betula pendula Roth.) в условиях смешанного типа загрязнения окружающей среды (Уфимский промышленный центр): автореф. дис. ... канд. биол. наук. - Оренбург: Изд-во Оренб. гос. пед. ун-та, 2005. - 20 с.
2. Бородулина Т.С., Полонский В.И. Влияние нефтезагрязнения почвы на физиологические характеристики растений пшеницы // Вестник КрасГАУ. - 2010. - № 5. - С. 50-55.
3. Государственный доклад «О состоянии и охране окружающей среды Красноярского края в 2010 году». - Красноярск, 2011. - 232 с.
4. Гуртяк А.А., Углев В.В. Оценка состояния среды городской территории с использованием березы повислой в качестве биоиндикатора // Известия Том. политехн. ун-та. - 2010. - Т. 317. - № 1. - С. 200-204.
5. Здоровье среды: методика оценки / В.М. Захаров, А.С. Баранов, В.И. Борисов [и др.]. - М.: Центр экологической политики России, 2000. - 66 с.
6. Звягинцева О.Ю. Оценка качества атмосферного воздуха по величине флуктуирующей асимметрии Betula pendula Roth // Ученые записки ЗабГГПУ. Естественные науки. - 2012. - № 1. - С. 87-91.
7. Влияние промышленного загрязнения почвы тяжелыми металлами на морфологические признаки растений Phleum pretense L. / Н.М. Казнина, А.Ф. Титов, Г.Ф. Лайдинен [и др.] // Труды Карельского научного центра РАН. - 2009. - № 3. - С. 50-55.
8. Биоиндикация загрязнения районов г. Воронежа по величине флуктуирующей асимметрии листовой пластинки березы повислой / В.Н. Калаев, И.В. Игнатова, В.В. Третьякова [и др.] // Вестник Воронеж. гос. ун-та. Сер. Химия, биология, фармация. - 2011. - № 2. - С. 168-175.
9. Кригер Н.В., Козлов М.А., Баранов Е.С. Биоиндикация урбоэкосистем по морфофизиологическим признакам хвойных древесных растений // Вестник КрасГАУ. - 2013. - № 11. - С. 166-168.
10. Экспресс-методы диагностики жаро- и засухоустойчивости и сроков полива растений / М.Д. Кушнирен-ко, Г.П. Курчатова, А.А. Штефырце [и др.]. - Кишинев: Штиинца, 1986. - 37 с.
11. Лукина Ю.М. Влияние техногенного загрязнения комбината «Североникель» на рост и развитие древесных растений (на примере Betula czerepanovii Orlova): автореф. дис. ... канд. биол. наук. - Петрозаводск, 2011. - 20 с.
12. Половникова М.Г. Эколого-физиологические особенности газонных растений на разных этапах онтогенеза в условиях городской среды: автореф. дис. ... канд. биол. наук. - Н.Новгород, 2007. - 24 с.
13. Полонский В.И., Полонская Д.Е. Реакция растений на низкие уровни нефтезагрязнения почвы // Сиб. вестник с.-х. науки. - 2009. - № 8. - С. 18-22.
14. Полонский В.И., Полякова И.С. Сирень венгерская - перспективный биоиндикатор для сравнительной оценки степени загрязнения городской среды // Вестник КрасГАУ. - 2014. - № 2. - С. 89-92.
15. Попова О.С., Попов В.П., Харахонова Г.У. Древесные растения лесных, защитных и зеленых насаждений. - Красноярск: Изд-во КрасГАУ, 2005. - 159 с.
16. Поспелова О.А., Ткаченко Я.Д. Влияние антропогенной нагрузки на сроки прохождения фенологических фаз и морфометрические показатели листьев древесных растений // Вестник АПК Ставрополья. - 2012. - Т. 6. - № 2. - С. 90-92.
17. Влияние городского техногенного загрязнения на морфологические, биохимические характеристики и семенную продуктивность ромашки аптечной / И.А. Прокопьев, Г.В. Филиппова, А.А. Шеин [и др.] // Экология. - 2014. - № 1. - С. 22-29.
18. Савинцева Л.С., Егошина Т.Л., Ширяев В.В. Оценка качества урбаносреды г. Кирова на основе анализа флуктуирующей асимметрии листовой пластинки березы повислой (Betula péndula Roth.) // Вестник Удмуртск. ун-та. Сер. Биология. Науки о Земле. - 2012. - Вып. 2. - С. 31-34.
19. Скрипальщикова Л.Н., Стасова В.В., Пляшечник М.А. Оценка экологического состояния сосны обыкновенной на урбанизированных территориях Красноярской лесостепи // Вестник КрасГАУ. - 2013. -№ 11. - С. 176-181.
20. Ставникова Л.В., Степень Р.А. Оценка агрессивности атмосферных выбросов г. Красноярска // Вестник КрасГАУ. - 2011. - № 6. - С. 82-85.
21. Тутаюк В.Х. Анатомия и морфология растений. - М.: Высш. шк., 1980. - 317 с.
22. Убаева Р.Ш. Влияние загрязнения воздушной среды на структуру листа клена остролистного (Acer platanoides L.) в условиях г. Грозного. - URL: http://vernadsky.tstu.ru/pdf/2009/03/rus 03 2009 3.pdf.
23. Черных Е.П., Первышина Г.Г., Гоголева О.В. Оценка экологического благополучия территории г. Красноярска с использованием черемухи обыкновенной в качестве биоиндикатора // Вестник Крас-ГАУ. - 2014. - № 1. - С. 96-100.
24. Шабалина О.М., Демьяненко Т.Н. Оценка влияния загрязнения среды и почвенных факторов на показатели флуктуирующей асимметрии листа березы повислой (Betula péndula Roth.) в г. Красноярске // Вестник КрасГАУ. - 2011. - № 12. - С. 134-139.
25. Andrade A., Wolfe D.W., Fereres E. Leaf expansion, photosynthesis and water relations of sunflower plants grown in compacted soil // Plant Soil. - 1993. - V. 149. - № 1. - P. 175-184.
26. Assessing urban habitat quality based on specific leaf area and stomatal characteristics of Plantago lanceolada L. / F. Kardel, K. Wuyts, M. Babanezhad [et al.] //Environmental Pollution. - 2010. - V. 158. - № 3. -P. 788-794.
27. Poorter H, De Jong R. A comparison of specific leaf area chemical composition and leaf construction costs of field plants from 15 habitats differing in productivity // New Phytologist. - 1999. - V. 143. - № 1. -P. 163-176.
28. Genotypic variation in specific leaf area for genetic improvement of early vigour in wheat / G.J. Rebetzke, T.L. Botwright, C.S. Moore [et al.] // Field Crops Research. - 2004. - V. 88. - № 1. - P. 179-189.
29. Small artificial ecosystems: response to variation of environmental factors (CO2 enrichment) / L.A. Somova, N.S. Pechurkin, A.B. Sarangova [et al] // Life support & biosphere science. - 1999. - V. 6. - № 3. - P. 215220.
30. Tiwari S., Agrawal M, Marshall F.M. Evaluation of ambient air pollution impact on carrot plants at a sub urban site using open top chambers // Environmental Monitoring and Assessment. - 2006. - V. 119. - № 1. -P. 15-30.
31. Wen D., Kuang Y, Zhou G. Sensitivity analyses of woody species exposed to air pollution based on eco-physiological measurements // Environmental Science and Pollution Research. - 2004. - V. 11. - № 1. -P. 165-170.
32. The effect of air pollution and other environmental stressors on leaf fluctuating asymmetry and specific leaf area of Salix alba L. / T. Wuytack, K. Wuyts, S. Van Dongen [et al] // Environmental Pollution. - 2011. -V. 159. - № 10. - P. 2405-2411.
