CC BY
39
УДК 581.162.3:551.510.42
1 12
В.В. Головко , К.П. Куценогий , В.Л. Истомин
1ИХКГ СО РАН, Новосибирск, 2ИГиЛ СО РАН, Новосибирск
ОПРЕДЕЛЕНИЕ СКОРОСТИ СЕДИМЕНТАЦИИ ОДИНОЧНЫХ ПЫЛЬЦЕВЫХ ЗЕРЕН И АГЛОМЕРАТОВ РАСТЕНИЙ - ДОМИНАНТ ЛЕСНЫХ ЭКОСИСТЕМ ЗАПАДНОЙ СИБИРИ
Определены скорости седиментации пыльцевых частиц древесных растений, доминирующих в лесах Западной Сибири. Установлены зависимости скорости седиментации пыльцевых агломератов от числа составляющих их пыльцевых зерен.
1 12
V.V. Golovko , K.P. Koutsenogii, V.L. Istomin 1 2
Institute of Chemical Kinetics and Combusion SB RAS, Institute of Hydrodynamics, SB RAS, Novosibirsk
DETERMINATION OF THE RATE OF SEDIMENTATION OF SINGLE POLLEN SEEDS AND PLANT AGGLOMERATES - THE DOMINANT OF THE WOODY ECOSYSTEMS OF WEST SIBERIA
The results are obtained from the determination of the sedimentation rates of the pollen particles of the plants dominating in woody vegetation communities of West Siberia. The dependences of the mean sedimentation rate of an agglomerate on the number of included pollen seeds are determined.
Опыление - важнейшая стадия жизненного цикла семенных растений, являющихся основными продуцентами биомассы на Земле. Преобладание в растительном покрове внетропической суши ветроопыляемых растений обуславливает присутствие значительных количеств пыльцы в атмосфере [1]. Их пыльца играет важную роль в переносе химических элементов в биоценозах, является одной из основных причин аллергических заболеваний [2]. В период массового цветения ветроопыляемых древесных растений на долю их пыльцевых зерен приходится до 20 % от суммарной массовой концентрации атмосферного аэрозоля.
В природе пыльца анемофильных растений представлена как индивидуальными пыльцевыми зёрнами, так и их агломератами, которые также участвуют в процессе переноса пыльцы [3]. Основным фактором, определяющим дальность распространения пыльцевых частиц по воздуху, является их скорость седиментации. От нее зависит, насколько быстро пыльца покидает растительный полог, сколько времени остается взвешенной в воздухе, насколько эффективно улавливается воспринимающими поверхностями семенных растений, т.о. вероятность переноса пыльцы на значительные расстояния и успех опыления.
В настоящее время изучены аэродинамические характеристики индивидуальных зерен пыльцы ничтожного числа видов [4], преимущественно древесных растений, произрастающих на территории Европы и Северной Америки. Значительно хуже изучена пыльца древесных растений,
доминирующих в растительном покрове Западной Сибири. Сведения о скорости седиментации агломератов пыльцевых зерен практически отсутствуют.
Сложная геометрической форма пыльцевых зерен, неоднородное распределение массы по объёму, наличие агломератов весьма затрудняют теоретические расчеты скорости седиментации пыльцевых частиц. В связи с этим скорость седиментации спор и пыльцы определяется эмпирически [5].
В данной работе представлены результаты экспериментальных исследований скоростей седиментации индивидуальных пыльцевых зерен и их агломератов березы бородавчатой, ели сибирской, лиственницы сибирской, осины, сосны обыкновенной и тополя черного - доминирующих в лесных экосистеммах Западной Сибири.
Скорость седиментации ПЗ измерялась в экспериментальной установке для получения аэрозолей методом импульсного распыления порошкообразных материалов, состоящей из дозирующей системы и собственно седиментометра. Данная установка описывались ранее [5].
В ходе экспериментов пыльцевые частицы оседали через окно в виде сектора в диафрагме на круглую стеклянную пластину, покрытую глицерин-желатином. Пыльца загружалась в дозатор и импульсом сжатого воздуха распылялась в верхнюю часть седиментометра. Через определенный интервал времени после распыления пыльцы открывалась заслонка, и одновременно производился поворот щелевой диафрагмы. Дальнейшие смены щелевой диафрагмы в опытах осуществлялись через строго определенные интервалы времени. Так как участок неравномерного движения значительно меньше длины седиментационного цилиндра, при расчете скорости седиментации сделано допущение, что частицы равномерно оседают на подложку в течение всего периода экспозиции каждого сектора. Подсчет зерен пыльцы и их агломератов, осевших на стеклянные подложки, производился под микроскопом, причем агломераты подсчитывались отдельно. Данная методика позволяла идентифицировать агломераты, в состав которых входило до 6 индивидуальных зерен пыльцы.
Различие скоростей седиментации агломератов, состоящих из одинакового количества пыльцевых зерен показано на рис. 1 на примере пыльцевых частиц ели сибирской, осевших на подложку седиментометра.
Рис. 1. распределение скорости седиментации пыльцевых агломератов ели
сибирской
Скорость седиментации V} агломерата, состоящего из } зерен, рассчитывалась по следующей формуле:
Угп\ *УухУиУ,(!)
где Уц - среднее арифметическое значение скорости седиментации
агломератов из } частиц, оседающие в пределах /-го сектора, % - число агломератов из} частиц, осевших на / сектор.
Количество агломератов уменьшается с увеличением числа частиц в агломерате. При этом, как для индивидуальных ПЗ, так и для их агломератов отмечается заметный разброс скоростей седиментации. В таблице 1 приводятся значения средней скорости седиментации, среднеквадратичное отклонение, а также коэффициент вариации, выраженный в процентах.
Таблица 1 Статистические характеристики скорости седиментации агломератов
пыльцевых зерен травянистых растений
№ Название растения Число частиц в агломерате 1 1 2 | 3 | 4 | 5 | 6
Средняя геометрическая скорость седиментации у ,, см/с
1 у = 1,3774x0,4255 1,4 1,8 2,2 2,5 2,7 3,0
2 К2 = 0,9964 2,1 2,7 3,0 3,3 3,6 3,8
3 у = 1,3774x0,4255 2,0 2,7 3,2 3,5 3,6 3,8
4 К2 = 0,9964 12,6 15,8 18,0 25,7
5 у = 1,3774x0,4255 6,4 8,4 9,7 10,6 11,0 11,2
6 К2 = 0,9964 3,0 4,0 5,0 5,9 6,5 7,0
Стандартное геометрическое отклонение <т-, см/с
1 Береза бородавчатая 1,32 1,32 1,30 1,28 1,29 1,29
2 Осина 1,47 1,35 1,33 1,32 1,30 1,30
3 Тополь черный 1,53 1,44 1,29 1,24 1,23 1,22
4 Лиственница сибирская 1,33 1,17 1,00 1,00
5 Ель сибирская 1,25 1,20 1,18 1,13 1,09 1,06
6 Сосна обыкновенная 1,37 1,39 1,30 1,33 1,31 1,31
Максимальные стандартные геометрические отклонения отмечены для индивидуальных зерен пыльцы, что, по-видимому, связано с варьированием размеров с наличием некоторого числа абортивных зерен пыльцы. При увеличении числа частиц в агломерате, эти факторы, вероятно, взаимно компенсируются. Можно предположить, что с ростом количества ПЗ агломерат становится более симметричной фигурой. В результате, с ростом числа частиц в агломерате, разброс значений скоростей седиментации при оседании уменьшается. Наиболее ярко это заметно на примере пыльцы тополя черного.
Скорость седиментации пыльцевых агломератов растет с увеличением числа количества частиц в агломерате. Средние значения скоростей
седиментации агломератов пыльцевых зерен хорошо аппроксимируются степенной зависимостью:
У;=а*1к, ДЛЯ l<j<6, (2)
где у - среднее значение скорости седиментации агломерата состоящего
из } частиц, размерные коэффициенты а и показатель степени к находятся из экспериментальных данных для каждого вида растений (таблица 2). В зависимости от вида растения коэффициент корреляции принимает значения в диапазоне 0,890 < г < 0,996, £ принимает значения. 0,321 < к <0,486/
Таблица 2 Эмпирические зависимости скорости седиментации от числа
пыльцевых зерен в агломерате
n/n Пыльца растений Эмпирическая зависимость V j , см/с Коэффициент корреляции r
1 Береза бородавчатая l,4xj0,426 0,996
2 Осина 2, їх]0’328 0,998
3 Тополь черный 2,Oxj0,360 0,980
4 Лиственница сибирская 12,0xj°’468 0,890
5 Ель сибирская 6,6xj0’321 0,977
6 Сосна обыкновенная 2,9xj0,486 0,996
Выводы:
1. Определены значения скоростей седиментации для одиночных пыльцевых зерен и их агломератов, в состав которых входят от 1 до 6 пыльцевых зерен березы бородавчатой, ели сибирской, лиственницы сибирской, осины, сосны обыкновенной и тополя черного.
2. Предложены эмпирические формулы зависимости скорости седиментации агломерата пыльцевых зерен растений, доминирующих в лесах Западной Сибири, от числа пыльцевых зерен в них.
Работа выполнена при поддержке МНТЦ 3695.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Ackerman J.D. Abiotic pollen and pollination: ecological, functional, and evolutionary perspectives. Plant Syst. Evol., 2000, Vol. 222, pp. 167-185.
2. Беклемишев Н.Д., Ермекова P.K, Мошкевич В.С. Поллинозы. - М.: Медицина, 1985. - 240 с.
3. Ogden E.C., Haes J.V., Raynor G.S. Diurnal partens of pollen emision in Ambrosia, Phleum, Zea, and Ricinus. Amer. J. Bot., 1969, vol. 56, No 1, pp. 16-21
4. Jackson S.T. and Lypord M.E. Pollen Dispersal Models in Quaternary Plant Ecology: Assumptions, Parameters, and Prescriptions. The botanical review, 1999, Vol. 65, No 1, pp. 39-74.
2. Истомин В.Л., Куценогий К.П. Определение скорости седиментации спор плауна и их агломератов // Теплофизика и аэромеханика/ - 2001. - Т. 8. - № 2. - С. 295-300.
© В.В. Головко, К.П. Куценогий, В.Л. Истомин, 2010
