CC BY
12Электронный архив УГЛТУ
№ 4 (63), 2017 г. Леса России и хозяйство в них 61
УДК 504.054*574.24*631.53.011
ОСОБЕННОСТИ РАЗВИТИЯ СЕЯНЦЕВ PINUS SILVESTRIS L. В ТЕХНОГЕННО ЗАГРЯЗНЕННЫХ ПОЧВАХ
П.Е. МОХНАЧЕВ - младший научный сотрудник, e-mail: mohnachev74@mail.ru*
С.Г. МАХНЕВА - кандидат биологических наук, старший научный сотрудник e-mail: makhniovasg@mail.ru*
С.Л. МЕНЩИКОВ - доктор сельскохозяйственных наук, старший научный сотрудник, заведующий лабораторией ЭТРС,
e-mail: msl@botgard.uran.ru*
К.Е. ЗАВЬЯЛОВ - кандидат сельскохозяйственных наук,
научный сотрудник, e-mail: zavyalov.k@mail.ru
Н.А.КУЗЬМИНА - младший научный сотрудник,
e-mail: yarkaya05@mail.ru*
A.M. ПОТАПЕНКО - кандидат сельскохозяйственных наук,
старший научный сотрудник, e-mail: anto_ha86@mail.ru,
ГНУ «Институт леса Национальной академии наук Беларуси», 246001, РеспубликаБеларусь, г. Гомель, ул. Пролетарская, д.71,
тел: +375 (232) 75-45-41
* ФГБУН «Ботанический сад УрО РАН»,
620144, Россия, Екатеринбург, ул. Билимбаевская 32а,
тел.: 8(343) 322-56-49
Ключевые слова: аэротехногенное загрязнение, сосна обыкновенная, почва, грунтовая всхожесть семян, сеянцы.
Длительное техногенное загрязнение среды может приводить к аккумуляции компонентов техногенных эмиссий в почве, что изменяет ее свойства и является значимым фактором влияния на наземные экосистемы. Техногенные выбросы цементных и магнезитовых производств, сжигания углей в России улавливаются не в полной мере, слабо утилизируются. Между тем щелочная техногенная трансформация почв оказывает на хвойные леса негативное воздействие и может приводить к их полной деградации. Настоящая работа посвящена исследованию влияния техногенно загрязненных почв выбросами магнезитового производства на всхожесть семян и развитие сеянцев сосны обыкновенной (Pinus silvestris L.). Выявлено, что под влиянием данного типа выбросов происходит подщелачивание почвы, увеличивается содержание обменного магния, соотношения Mg++/Ca++, а также некоторых тяжелых металлов. В условиях загрязненных почв снижается всхожесть семян, выживаемость и морфометрические показатели сеянцев. Сеянцы сосны, выращенные в почвах из зон магнезитового загрязнения, имеют несколько измененный фенотип, характеризуются меньшими приростами по высоте и по диаметру, меньшей охво-енностью побегов.
Электронный архив УГЛТУ
62 Леса России и хозяйство в них № 4 (63), 2017 г.
FEATURES OF DEVELOPMENT OF SEEDLINGS OF PINUS SILVESTRIS L. IN ANTHROPOGENIC CONTAMINATED SOILS
P.E. MOKHNACHEV - thejunior researcher, e-mail: mohnachev74@mail.ru*
S.G. MAKHNIOVA-candidate ofbiological sciences, senior researcher,
e-mail: makhniovasg@mail.ru*
S.L. MENSCHIKOV - doctor of agricultural sciences, senior researcher, head of the laboratory of EAPC,
e-mail: msl@botgard.ru*
K.E. ZAVYALOV - candidate of agricultural sciences, research officer,
e-mail: zavyalov.k@mail.ru*
N.A. KUZMINA - thejunior researcher, e-mail: yarkaya05@mail.ru*
A.M. POTAPENKO - candidate of agricultural sciences, senior research,
e-mail: anto_ha86@mail.ru, SSE «Institute ofForest of the National Academy of Sciences of Belarus», 246001, Republic ofBelarus, Gomel, Proletarskaya str., 71,
tel: +375 (232) 75-45-41
* FSBES «Botanical Garden Ural Branch of Russian Academy of Sciences», 620134, Russia, Yekaterinburg, Bilimbaevskaya str., 32a,
tel.: 8(343) 322-56-49
Key -words: anthropogenicpollutions, Scotspine, soil, dirt seed germination, seedlings A long man-made pollution may lead to accumulation of components of anthropogenic emissions in the soil, which changes its properties and is a significant factor of influence on terrestrial ecosystems. Anthropogenic emissions of the cement and magnesite industries, coal combustion in Russia captured not fully, poorly utilized. Meanwhile, alkaline anthropogenic transformation of soils in coniferous forests is having a negative impact and can lead to their complete degradation. This work is devoted to research of influence of technogenic contaminated soil by emissions of a magnesite production on seed germination and development of seedlings of Scots pine (Pinus silvestris L.). It is revealed that under the influence of this type of emissions occurs alkalization of the soil, increases the content of exchangeable magnesium, the ratio of Mg++/CA++ and also some heavy metals. In terms of contaminated soils reduced germination of seeds, survival and morphometric parameters of seedlings. The pine seedlings grown in the soils of the zones of magnesite contamination, are slightly changed phenotype, characterized by smaller increments in height and diameter, the number of needles.
Введение
В современном мире аэротехногенное загрязнение окружающей природной среды является постоянно действующим экологическим фактором [1-5]. Наибольшая доля загрязняющих веществ из воздушной среды
в конечном итоге аккумулируется в почве, в верхних слоях которой, как правило, наблюдаются их максимальные концентрации [6-8]. Именно верхние органогенные горизонты лесных почв -основной источник питания растений в бореальных лесах [9].
Изучение воздействия техноген-но загрязненных почв на рост и развитие молодых поколений лесообразующих видов является актуальной научной проблемой для оценки потенциальных возможностей возобновления и сохранения лесов.
Электронный архив УГЛТУ
№ 4 (63), 2017 г. Леса России и хозяйство в них 63
Цель, объекты и методы исследований
Целью настоящего исследования является анализ влияния техногенно загрязненных почв на всхожесть семян, рост и развитие сеянцев сосны обыкновенной в условиях вегетационного опыта.
Для исследований выбраны опытные участки (ОУ), расположенные в условиях аэротехногенного загрязнения выбросами комбината «Магнезит» (г. Сатка, Челябинская обл.). ОУ заложены на расстоянии 1,3, 10 и 20 км от источника выбросов и представляют условия сильного (ОУ-2), среднего (ОУ-5) и слабого (ОУ-4) уровней загрязнения и условия фона (ОУ-К) соответственно [10, 11].
Почвенные образцы на ОУ отбирали из верхнего корнеоби-таемого слоя (до глубины 15 см) по трансекте, затем образцы перемешивали, просеивали через сито с ячейкой 0,5 см, необхо-
димый объем помещали в вегетационные ящики. Из каждого ящика брали навески почвы для химических анализов. Определение концентрации веществ в почвенном растворе проводили с помощью атомно-абсорбционного спектрофотометра novAA 300 Analytik Jena (Германия). Шишки с семенами собирали в верхней и средней частях кроны модельных деревьев сосны из фоновых условий (не менее 40 шт. с дерева). Из шишек извлекали все семена индивидуально для каждого модельного дерева. Всхожесть и энергию прорастания семян определяли по ГОСТ 13056.6-97 [12]. В вегетационном опыте семена сеяли построчно на глубину 0,5-0,7 см. Вегетационные ящики размещали в оранжерее в равных условиях освещения, температуры и влажности. Измерения морфометрических показателей фенотипически однородных сеянцев проводили в конце 1-го и 2-го вегетационных периодов.
Полученные данные обрабатывали с помощью пакета программ 81айзйса 6.0.
Результаты исследований и их обсуждение
В результате проведения химического анализа выявлено, что в условиях магнезитового загрязнения превышен на 0,97-2,62 единицы показатель рН верхнего корнеобитаемого слоя почвы (табл. 1). Анализ содержания обменных катионов в почве показал значительное увеличение обменного магния, а также соотношения Mg++/Ca++ в условиях сильного загрязнения. В почве из зон загрязнения обнаружено превышение содержания некоторых тяжелых металлов, в первую очередь Мп и Ъь (табл. 2).
Выявлено, что исследуемые семена сосны имеют высокие посевные качества: масса семян -7,32±0,39 г, энергия прорастания - 73,61±6,84%, абсолютная всхожесть - 87,50±2,09 %.
Таблица 1 Table 1
Содержание обменных катионов и рН верхнего корнеобитаемого горизонта почв
в районе магнезитового загрязнения The contents of exchangeable cations and pH of the upper root-inhabited soil horizons in the zones of magnesite contamination
ОУ/расстояние от источника выбросов, км ЕР / distance to the emission source, km Сумма Ca++ и Mg++ The amount Ca++ and Mg++ Ca++ Mg++ Соотношение Mg++/Ca++ The ratio Mg++/Ca++ PHkcl
ОУ-2/1 EP-2/1 52,5 7,5 45 6 7,41
ОУ-5/3 EP-5/3 42,5 10 32,5 3,3 5,76
ОУ-4/10 EP-4/10 37,5 20 17,5 0,9 6,65
ОУ-К/20 EP-K/20 35 7,5 27,5 3,7 4,79
Электронный архив УГЛТУ
Леса России и хозяйство в них
№4(63), 2017 г.
Таблица 2 Table 2
Содержание тяжелых металлов в почве The content ofheavy metals in the soil
ОУ/расстояние от источника выбросов, км ЕР / distance to the emission source, km Микроэлементы, мг/кг Trace elements, mg/kg
Cd Co Cr Cu Fe Mn Ni Pb Zn
ОУ-2/1 EP-2/1 - - 1,4 1,122 30,1 132 - - 1,48
ОУ-5/3 EP-5/3 0,0826 0,0847 0,566 1,022 14,5 199 0,186 - 0,536
ОУ-4/10 EP-4/10 - - 0,601 1,074 10,8 130 0,0676 - -
ОУ-К/20 EP-K/20 - - 1,08 1,244 16,0 106 1,47 - -
Рис. 1. Грунтовая всхожесть семян сосны Fig. 1. Dirt germination of pine seeds
Рис. 2. Выживаемость сеянцев сосны Fig. 2. The survival rate of pine seedlings * Здесь и далее различия достоверны при р<0,05 / here and below, the difference being statistically significant at p<0,05.
Известно, что период прорастания семян и образования проростков является наиболее критичным в жизни древесных растений [13, 14]. В результате проведения вегетационных опытов было установлено, что почвы из зон загрязнения негативно влияют на прорастание семян, показатель грунтовой всхожести на 6-23% меньше, чем в почве из фоновых условий (рис. 1). Отметим, что грунтовая всхожесть семян является очень изменчивым показателем. Уровень индивидуальной изменчивости данного показателя по классификации Мамаева С.А. [15] находится в пределах от повышенного (ОУ-4, ОУ-К) до очень высокого (ОУ-2, ОУ-5).
Неблагоприятные условия для выживания сеянцев складываются в почвах из зон сильного и слабого загрязнения (рис. 2). В данных почвах как в 1-й, так и во 2-й вегетационные периоды наблюдали наиболее низкие значения выживаемости сеянцев.
Сеянцы сосны в 1-й вегетационный период развивались следующим образом: появление
вегетационный
период
period
вегетационный
период
ОУ-4
ОУ-К
ЕР-К
ЕР-4
ЕР-5
Электронный архив УГЛТУ
№ 4 (63), 2017 г. Леса России и хозяйство в них 65
всхода и рост гипокотиля, развертывание семядолей, развитие и рост эпикотиля и ювенильной хвои, формирование верхушечной почки.
Отмечено, что влияние любого стрессора сопровождается инги-бированием роста органов растений [7]. Сеянцы сосны, выращенные в почвах из зон магнезитового загрязнения, характеризуются меньшей длиной гипокотиля и эпикотиля и, следовательно, общей длиной по сравнению с таковой у сеянцев из почвенных условий ОУ-К (рис. 3).
Во 2-й вегетационный период продолжается рост сеянца в высоту, ювенильная хвоя подсыхает, развивается вторичная (настоящая) хвоя, гипокотиль одревесневает, формируется мутовка почек на вершине. К концу 2-го вегетационного периода сеянцы, выращенные в почвах из зон загрязнения, по-прежнему отстают в росте от сеянцев из почвы фоновых условий (рис. 4), кроме того, у них формируется меньшее число пар хвои (рис. 5).
Выводы
Таким образом, техногенно загрязненные почвы негативно влияют на всхожесть семян, рост и развитие сеянцев сосны. В загрязненных почвах снижается всхожесть семян и выживаемость ювенальных растений. Сеянцы, выращенные в почвах из зон магнезитового загрязнения, имеют измененный фенотип, у них снижены ростовые показатели и охвоенность побегов. Наиболее пессимальные условия в этом отношении у почвы из зоны сильного загрязнения.
100 80 60 40 20 0
Рис. 3. Морфометрические показатели сеянцев сосны в конце 1-го вегетационного периода Fig. 3. Morphometric parameters of pine seedlings at the end of the 1st growing period
5,4, H
mm к ¿к
5,4, К
ОУ-2 EP-2
ОУ-5 EP-5
ОУ-4 EP-4
0,2 0
ОУ-К Почва EP-K Soil
1,2
' Длина length
-Диаметр diameter
Рис. 4. Морфометрические показатели сеянцев сосны в конце 2-го вегетационного периода Fig. 4. Morphometric parameters of pine seedlings at the end of the 2nd growing period
шт./ pes 25
20 15 10
к ----
5,4,K/^
ОУ-2 EP-2
ОУ-5 EP-5
ОУ-4 EP-4
ОУ-К EP-K
Рис. 5. Число пар хвои у сеянцев сосны Fig. 5. The number of pairs of needles of pine seedlings
Электронный архив УГЛТУ
66 Леса России и хозяйство в них № 4 (63), 2017 г.
Библиографический список
1. Юсупов И.А., Луганский H.A., Залесов C.B. Состояние искусственных сосновых молодняков в условиях аэропромвыбросов. Екатеринбург: Урал. гос. лесотехн. акад., 1999. 185 с.
2. Деградация и демутация лесных экосистем в условиях нефтегазодобычи / C.B. Залесов, H.A. Кря-жевских, Н.Я. Крупинин, К.В. Крючков, К.И. Лопатин, В.Н. Луганский, H.A. Луганский, А.Е. Морозов, И.В. Ставишенко, H.A. Юсупов. Екатеринбург: Урал. гос. лесотехн. ун-т, 2002. Вып. 1. 436 с.
3. Состояние сообществ дереворазрушающих грибов в районе нефтегазодобычи / И.В. Ставишенко, C.B. Залесов, H.A. Луганский, H.A. Кряжевских, А.Е. Морозов // Экология. 2002. №З.С. 175-184.
4. Влияние продуктов сжигания попутного газа при добычи нефти на репродуктивное состояние сосновых древостоев в северотаежной подзоне / Д.Р. Аникеев, И.А. Юсупов, H.A. Луганский, C.B. Залесов, К.И. Лопатин // Экология. 2016. № 2. С. 122-126.
5. Луганский H.A., Залесов C.B., Луганский В.Н. Лесоведение. Екатеринбург: Урал. гос. лесотехн. ун-т, 2010. 432 с.
6. Хайретдинов А.Ф., Залесов C.B. Введение в лесоводство. Екатеринбург: Урал. гос. лесотехн. ун-т, 2011.202 с.
7. Залесов C.B., Колтунов Е.В. Содержание тяжелых металлов в почвах лесопарков г. Екатеринбурга // Аграрный вестник Урала. 2009. № 6 (60) С. 71-73.
8. Кислотные осадки и лесные почвы / под ред. В.В. Никонова, Г.Н. Копцик. Апатиты: Кольский НЦ РАН, 1999. 320 с.
9. Тарханов С.Н. Формы внутрипопуляционной изменчивости хвойных в условиях атмосферного загрязнения (на примере Северо-Двинского бассейна). Екатеринбург: УрО РАН, 2010. 230 с.
10. Менщиков С.Л. Исследование экологических особенностей роста и обоснование агротехники создания культур хвойных пород в условиях магнезитовых запылений : автореф. дис. ... канд. с.-х. наук / Менщиков С.Л. Свердловск. 1985. 20 с.
11. Распределение деревьев опытных культур betula pendula roth, по ступеням толщины и уровень загрязнения почвы в зоне действия выбросов комбината «Магнезит» / С.Л. Менщиков, К.Е. Завьялов, H.A. Кузьмина, П.Е. Мохначев, И.С. Цепордей // Успехи современного естествознания. 2016. № 10. С. 84-89.
12. ГОСТ-13056.6-97. Семена деревьев и кустарников. Методы определения всхожести. Минск: Межгос. совет по стандартизации, метрологии и сертификации, 1998. 27 с.
13. Казанцева М.Н. Особенности репродукции сосны обыкновенной в насаждениях города Тюмени и его зеленой зоне // Вестник экологии, лесоведения и ландшафтоведения. 2005. № 5. С. 76-79.
14. Анализ ростовых процессов Pinus sylvestris L. на ранних стадиях онтогенеза в условиях хронического действия цинка / Ю.В. Иванов, Ю.В. Савочкин, С.И. Марченко, В.П. Иванов // Лесн. жур. 2011. № 2. С.12-18.
15. Мамаев С.А. Формы внутривидовой изменчивости древесных растений. М: Наука, 1973. 284 с.
Bibliography
1. Yusupov I.A., Lugansky N.A., Zalesov S.V. State of artificial pine young stands in terms of Agroprom-biznes. Yekaterinburg: Ural state forest acad., 1999. 185 p.
2. Degradation and democacy forest ecosystems in the conditions of oil and gas production / S.V. Zalesov, N.A. Kryazhevskikh, N.Ya. Krupenin, K.V. Kryuchkov, I.K. Lopatin, V.N. Lugansky, N.A. Lugansky, A.E. Morozov, I.V. Stasenko, I.A. Yusupov. Yekaterinburg: Ural state forest univ., 2002. Vol. 1. 436.
3. The state of communities of wood-destroying fungi in the area of oil and gas production / I.V. Stasenko, S.V. Zalesov, N.A. Lugansky, N.A. Kryazhevskikh, A.E. Morozov // Ecology. 2002. № 3. P. 175-184.
Электронный архив УГЛТУ
№ 4 (63), 2017 г. ЛесаРоссииихозяйствовних 67
4. Effect of products of gas flaring in oil production on the reproductive condition of pine stands in the Northern taiga subzone / D.R. Anikeev, I.A. Yusupov, N.A. Lugansky, S.V. Zalesov, I.K. Lopatin // Ecology. 2016. № 2. P. 122-126.
5. Lugansky N.A. Zalesov S.V., Lugansky V.N. Forestry. Yekaterinburg: Ural state forest univ., 2010. 432 p.
6. KhairetdinovA. F., Zalesov S.V. Introduction to forestry. Yekaterinburg: Ural state forest univ., 2011. 202 p.
7. Zalesov S.V., Koltunov E.V. The content of heavy metals in soils of forest parks of Yekaterinburg // Agrarian Bulletin ofthe Urals. 2009. № 6 (60). P. 71-73.
8. Acid precipitation and forest soils / Under the editorship of V.V. Nikonov, G. N. Koptsik. Apatity: Kola scientific center RAS, 1999. 320 p.
9. Tarkhanov S.N. Forms of intrapopulation variability of coniferous in conditions of atmospheric pollution (on the example of the North Dvina basin). Yekaterinburg: UB RAS, 2010.230p.
10. Menshikov S. L. Study of the environmental features of the growth and rationale of farming creation of cultures of conifers in the conditions of magnesite dusting : abst. dis. ... candidate, of agricultural Sciences. Sverdlovsk, 1985.20p.
11. Distribution of betula pendula roth, test crops by diameter class and level of pollution of soil in the area of emissions of the JSK «Magnesite» integrated indastrial complex / S.L. Menschikov, K.E. Zavyalov, N.A. Kuzmina, P.E. Mokhnachev, I.S. Tsepordey //Advances in current natural sciences. 2016. № 10. P. 84-89.
12. State Standard-13056. 6-97. Seeds of trees and shrubs. Methods for determination of germination. Minsk: The interstate council for standardization, metrology and certification, 1998. 27 p.
13. Kazantseva M. N. Peculiarities of reproduction of Scots pine in plantations in the city of Tyumen and its green area// Vestnik of ecology, forestry and landscape. 2005. №5.P. 76-79.
14. Analysis of the growth process of Pinus sylvestris L. at early stages of ontogenesis in the conditions of chronic action of zinc / Y. V. Ivanov, Y.V. Savochkin, S.I. Marchenko, V.P. Ivanov // Forest journal. 2011. № 2. P. 12-18.
15. Mamaev S.A. Forms of intraspecific variation of woody plants. M: Science, 1973. 284 p.
УДК 61.183.2
НЕКОТОРЫЕ ОСОБЕННОСТИ ПОЛУЧЕНИЯ АКТИВНОГО ОСИНОВОГО УГЛЯ
Е.В. ЕВДОКИМОВА - аспирантка кафедры химической технологии древесины,
биотехнологии и наноматериалов, ФГБОУ ВО «Уральский государственный лесотехнический университет»,
620100, Екатеринбург, Сибирский тракт 37, тел. 8 (343)2629772, e-mail: yevdokimovaekaterina@gmail.com
Ключевые слова: факторы процесса активации, осиновый уголь, активные угли, адсорбционная активность.
Пиролиз как вариант переработки мягколиственной древесины является перспективным направлением переработки осины. Основной продукт пиролиза - древесный уголь (ДУ) - имеет широкую сферу применения. На основе осинового угля возможно производство такого углеродного нанопористого материала, как активный уголь (АУ).
Цель эксперимента - поиск наилучших условий активации осинового угля с высокими выходом угля и его качеством.
