CC BY
179
УДК 504.73(1-21): 630*173/174
ОЦЕНКА ЭКОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ
ХВОЙНЫХ РАСТЕНИЙ НА УРБАНИЗИРОВАННОЙ ТЕРРИТОРИИ
А. В. Скок, канд. биол. наук, доцент,
ФГБОУ ВО «Брянский государственный инженерно-технологический университет», пр-т Станке-Димитрова, 3, г. Брянск, Россия, 241037 E-mail: s.anna.v@mail.ru
Аннотация. Хвойные виды растений чувствительны даже к незначительному загрязнению воздуха. Их считают индикаторами экологической ситуации. Жизнеспособность пыльцы может служить показателем уровня загрязнения территории, на которой произрастают хвойные насаждения. Объектами исследования являлись скверы, парки и насаждения общего пользования Бежицкого района города Брянска. На территории проведена инвентаризация насаждений, выполнена оценка санитарного и эстетического состояния деревьев и кустарников. Определена жизнеспособность пыльцы ели колючей (Picea pungens Engelm) в зависимости от загазованности участков произрастания деревьев. На территории скверов, парков и зеленых зон Бежицкого района произрастает 6 видов хвойных растений: ель европейская (Picea excelsа Link.), ель колючая (Picea pungens Engelm), сосна обыкновенная (Pinus silvestris L.), туя западная (Thuja occidental L.), можжевельник казацкий (Juniperus Sabina L.), лиственница европейская (Larix decidua Mill.). Наиболее распространённый вид - это туя западная (Thuja occidental L.) - 47,19% от общего количества деревьев, затем ель европейская (Picea excelsa Link.) - 24,43%, ель колючая (Picea pungens Engelm) - 14,52%, сосна обыкновенная (Pinus silvestris L.) - 10,89%, лиственница европейская (Larix decidua Mill.) - 1,98%, можжевельник казацкий (Juniperus Sabina L.) - 0,99%. Высокую устойчивость к условиям городской среды и эстетическую оценку имеет можжевельник казацкий (Juniperus Sabina L.), низкую устойчивость и эстетическую оценку - туя западная (Thuja occidentalis L.). Уровень загазованности атмосферного воздуха в г. Брянске колеблется от низкого до повышенного. С увеличением техногенного загрязнения окружающей среды у ели колючей (Picea pungens Engelm) происходит закономерное снижение количества проросших пыльцевых зерен и увеличение числа аномалий развития пыльцевых трубок.
Ключевые слова: хвойные виды, техногенное загрязнение, ель колючая (Picea pungens Engelm), пыльца, аномалии пыльцевых трубок.
Введение. Формирование оптимальных условий для проживания человека возможно при создании экологического баланса биосферы. Оценку качества среды необходимо проводить по реакциям растительных организмов на условия произрастания [1, 11]. Системный подход к исследованию зеленых насаждений позволяет выявить особенности функционирования растений в условиях техногенных процессов [12].
Растения занимают ведущую роль в обезвреживании атмосферных токсикантов и нормализации биогеохимических циклов в городских районах [3, 7]. Выполнение древесной растительностью очистительных свойств зависит от уровня техногенных воздействий и пространственной структуры насаждений [2, 5].
Хвойные виды растений чувствительны даже к незначительному загрязнению воздуха.
Их считают индикаторами экологической ситуации [4, 6]. Жизнеспособность пыльцы может служить индикатором уровня загрязнения участка, на котором произрастают хвойные растения [10].
Методика. Целью научного интереса являлось изучение экологического состояния хвойных растений.
Объектами исследования служили скверы, парки и насаждения общего пользования Бежицкого района города Брянска.
Учетные площадки (УП) располагались на территории с разным уровнем техногенного загрязнения: сквер «Пролетарский» располагается в непосредственной близости от транспортной магистрали и Брянского машиностроительного завода (УП № 4), сквер имени Камозина - в непосредственной близости от автомобильных дорог (УП № 3), парк Металлургов расположен в удалении от заводов и
у которых длина трубки была равна её диаметру или имела больший размер. К аномальным относили пыльцевые зерна с одной трубкой, но с двумя и более разветвлениями; с двумя трубками - с разветвлениями или без них. Все количественные показатели пыльцы проанализированы статистически [8].
Результаты. На территории скверов, парков и зеленых зон Бежицкого района произрастает 6 видов хвойных растений: ель европейская (Picea excelsa Link.,), ель колючая (Picea pungens Engelm), сосна обыкновенная (Pinus silvestris L.), туя западная (Thuja occidental L.), можжевельник казацкий (Juniperus Sabina L.), лиственница европейская (Larix decidua Mill.). Наиболее распространённый вид - туя западная (Thuja occidental L.) -47,19% (143 шт) от общего количества деревьев, затем ель европейская (Picea excelsa Link.) - 24,43% (74 шт), ель колючая форма голубая (Picea pungens Engelm) - 14,52% (44 шт), сосна обыкновенная (Pinus silvestris L.) -10,89% (33 шт), лиственница европейская (Larix decidua Mill.) - 1,98% (6 шт), можжевельник казацкий (Juniperus Sabina L.) -0,99% (3 шт).
Характеристика ассортимента по объектам приведена в таблице 1.
Таблица 1
Ассортимент хвойных растений
Название территории Наименование вида Количество, шт.
Парк «Первомайский» Сосна обыкновенная (Pinus silvestris L.) 12
Туя западная (Thuja occidentalis L.) 33
Парк Металлургов Туя западная (Thuja occidentalis L.) 7
Лиственница европейская (Larix decidua Mill.) 6
Ель европейская (Picea excelsa Link.) 22
Ель колючая ф. голубая (Picea pungens Engelm) 4
Сквер Металлургов Ель европейская (Picea excelsa Link.) 8
Сквер имени Камозина Ель колючая ф. голубая (Picea pungens Engelm) 13
Туя западная (Thuja occidentalis L.) 63
Ель европейская (Picea excelsa Link.) 29
Сосна обыкновенная (Pinus silvestris L.) 9
Сквер имени Морозова Сосна обыкновенная (Pinus silvestris L.) 10
Ель европейская (Picea excelsa Link.) 3
Зеленая зона у администрации Ель европейская (Picea excelsa Link.) 5
Бежицкого района Туя западная «Смарагд» (Thuja occidentalis 'Smaragd') 8
Туя западная «Даника» (Thuja occidentalis Danica') 6
Можжевельник казацкий (Juniperus sabina L.) 3
Ель колючая ф. голубая(Picea pungens Engelm) 6
Сквер имени Виноградова Сосна обыкновенная (Pinus silvestris L.) 2
Ель европейская (Picea excelsa Link.) 2
Сквер «Пролетарский» Ель колючая ф. голубая (Picea pungens Engelm) 18
Туя западная (Thuja occidentalis L.) 10
Ель европейская (Picea excelsa Link.) 2
Зеленая зона у школы искусств имени Туя западная (Thuja occidentalis L.) 6
Николаевой Ель колючая ф. голубая (Picea pungens Engelm) 1
Сквер у памятника Артиллеристам Туя западная (Thuja occidentalis L.) 4
Ель европейская (Picea excelsa Link.) 1
Зеленая зона у памятника Болгарским Ель колючая ф. голубая (Picea pungens Engelm) 2
патриотам Туя западная (Thuja occidentalis L.) 6
Ель европейская (Picea excelsa Link.) 2
транспортных дорог (УП № 2). Контролем служили насаждения Учебно-опытного лесхоза Брянского государственного инженерно-технологического университета (УП № 1).
Загрязнение воздуха определялось газоанализатором ГАНК - 4. Учет проводился на высоте 1 м от поверхности земли.
Проведена инвентаризация насаждений. Выполнена оценка санитарного и эстетического состояния деревьев и кустарников на объектах [9].
Жизнеспособность пыльцы определялась у ели колючей (форма голубая) (Picea pungens Engelm).
Стробилы с модельных деревьев (4-10 шт. на УП) собирали в мае, в средней части кроны (южная сторона), перед вылетом пыльцы. В лаборатории стробилы просушивали, через 1-2 дня пыльцу собирали в бюксы и хранили в холодильнике, затем в трехкратной повторно-сти проращивали в термостатах при t около + 25 0С на 10% растворе сахарозы во влажной камере (по методу «висячей» капли). Просмотр препаратов (до 400-900 зёрен в каждом) вели под микроскопом МБИ-6 на 2-й или 3-й день проращивания при увеличении х350. Учитывали проросшие и непроросшие пыльцевые зерна. Проросшими считали зерна,
Самую высокую устойчивость к условиям городской среды (табл. 2) проявили можжевельник казацкий (Juniperus sabina L.)
(СКС=1) и лиственница европейская (Larix decidua Mill.j (СКС=1,33), а самую низкую -туя западная (Thuja occidentals L.j(CKC=1,82).
Таблица 2
Распределение видов хвойных растений по категориям санитарного состояния
Вид Общее количество деревьев, шт. Количество деревьев по категориям санитарного состояния, % от общего числа деревьев Средневзвешенная категория состояния (СКС)
1 2 3
Ель европейская (Picea excelsa Link.) 74 40,5 45,9 13,6 1,73
Ель колючая ф. голубая (Picea pungens Engelm) 44 56,8 40,9 2,3 1,46
Лиственница европейская (Larix decidua Mill.) 6 66,7 33,3 0 1,33
Можжевельник казацкий (Juniperus sabina L.) 3 100,0 0 0 1,0
Сосна обыкновенная (Pinus silvestris L.) 33 36,4 54,5 9,1 1,73
Туя западная (Thuja occidentalis L.) 143 36,4 45,4 18,2 1,82
Высокую эстетическую оценку имеет можжевельник казацкий (Juniperus sabina L.), а самую низкую - туя западная (Thuja occidentalis L.) (табл. 3).
Таблица 3
Распределение видов хвойных растений по шкале эстетической оценки
Вид Общее количество деревьев, шт. Количество деревьев по категориям эстетической оценки, % от общего числа деревьев Средневзвешенная категория эстетической оценки
1 2 3
Ель европейская (Picea excelsa Link.) 74 44,6 32,4 23,0 1,78
Ель колючая ф. голубая (Picea pungens Engelm) 44 63,6 22,7 13,7 1,54
Лиственница европейская (Larix decidua Mill.) 6 83,3 16,7 0 1,17
Можжевельник казацкий (Juniperus sabina L.) 3 100,0 0 0 1,0
Сосна обыкновенная (Pinus silvestris L.) 33 45,4 36,4 18,2 1,73
Туя западная (Thuja occidentalis L.) 143 36,4 34,3 29,3 1,93
Уровень загрязнения атмосферного воздуха в г. Брянске (табл. 4) колеблется от низкого до повышенного. Высокая экологическая напряженность воздушного бассейна наблю-
Загрязнение воздуха на т
дается на территории города (УП № 2, 3, 4). На контрольном участке (УП №1) относительно низкий уровень загрязнения воздушного бассейна.
Таблица 4
эритории города Брянска
Наименование Класс ПДК ПДК, (превышение раз)
загрязняющих веществ опасности мг/м3 УП № 4 УП № 3 УП № 2 УП № 1
Бензапирен 1 0,000005 0,6-2,0 0,4 0,4 0,001
Диоксид азота 2 2,0 0,8-2,0 0,3-0,4 0,3-0,4 0,1
Формальдегид 2 0,05 0,7-2,0 0,05 0,05 0,03
Фенол 2 0,007 0,007 0,005 0,005 0,001
Диоксид серы 3 10,0 0,02-0,04 0,002 0,002 0,001
Взвешенные вещества 3 0,5 0,6-0,7 0,1-0,3 0,2-0,4 0,1
Оксид азота 3 0,4 0,4 0,8 0,7 0,2
Оксид углерода 4 50,0 0,9 0,7 0,7 0,5
Исследования пыльцы ели колючей (Picea pungens Engelm) 2016 года (табл. 5) позволяют сделать вывод: жизнеспособность
пыльцевых зерен зависит от уровня техногенного загрязнения места произрастания модельных деревьев.
Таблица 5
Внутрипопуляционная изменчивость жизнеспособности пыльцы и развития пыльцевых трубок
№ УП Доля пыльцевых зерен, %
проросших непророс-ших
всего с одной трубкой с двумя трубками без разветвлений
всего без разветвлений с разветвлениями
4 68,12±5,58 67,15±2,51 66,22±2,51 0,93±0,56 0,97±1,42 31,88±5,57
3 74,56±3,55 73,27±2,67 72,49±2,90 0,78±0,52 1,29±0,38 25,44±2,35
2 85,79±6,13 84,49±4,55 84,00±3,48 0,49±0,56 1,30±0,64 14,21±2,20
1 92,09+3,22 92,09+3,22 92,09+3,23 0,23+1,21 0,41+1,11 7,91+3,64
На наиболее загрязненном объекте (УП № 4) жизнеспособность пыльцы (68,12%) достоверно снижена по сравнению с контролем ^факт^тай!, при Р=99%). На менее загрязненных территориях (УП № 2, № 3) проросших пыльцевых зерен оказалось также меньше, чем на УП № 1 афакт>табл , при Р=95%).
У всех модельных деревьев преобладают проросшие пыльцевые зерна с одной трубкой без разветвлений. С увеличением уровня техногенного загрязнения возрастает количество пыльцевых трубок с аномалиями развития.
На наиболее загрязненном объекте (УП № 4) количество зерен с разветвленной трубкой (0,93%), с двумя трубками (0,97%) значимо ниже, чем в контроле Офа^.^^ , при Р=99%).
На менее загрязненной территории (УП № 3) количество зерен с разветвлениями пыльцевой трубки снижено по сравнению с контролем и составляет 0,78%, количество зерен с двумя трубками - 1,29% (^ак^^а^ , при Р=95%).
На УП № 2 количество пыльцевых зерен с разветвлениями трубки оказалось почти вдвое меньше (0,49%), чем при большем техногенном загрязнении на УП № 4 ^ф^^а^ , при Р=95%). Число пыльцевых зерен с двумя трубками (1,30%) увеличено по сравнению с контролем и УП №4 ^фаи-^та^ , при Р=95%).
Выводы. Для формирования комфортной городской среды необходимо создавать ландшафтные группы по экологическим принципам.
В городе Брянске высокую устойчивость и эстетическую оценку имеет можжевельник казацкий (Juniperus sabina L.), хотя встречается в небольшом количестве. Низкие устойчивость и эстетическая оценка у туи западной (Thuja occidentalis L.), но встречаемость её в городе высокая.
Проращивание пыльцы ели колючей (Picea pungens Engelm) показывает, что с увеличением загрязнения окружающей среды происходит закономерное снижение количества проросших пыльцевых зерен.
С точки зрения мутационной изменчивости, особый интерес представляют аномалии развития пыльцевых трубок (с разветвлениями и двумя пыльцевыми трубками). В контрольных насаждениях число пыльцевых зерен с аномалиями развития достоверно ниже по сравнению с городскими посадками. Эти нарушения у ели, по-видимому, можно считать маркерами поражения мужской генеративной сферы.
Учитывая относительно удовлетворительную экологическую ситуацию в городе, необходимо проводить регулярный контроль за состоянием хвойных насаждений для разработки рекомендаций по снижению наносимого ущерба окружающей среде.
Литература
1. Авдеева Е. В. Зеленые насаждения в мониторинге окружающей среды крупного промышленного города : ав-тореф. дис. ... д-ра с.-х. наук. Красноярск, 2008. 32 с.
2. Коробова Н. Л. Биоиндикация загрязнения атмосферы урбосистем с помощью высших растений // Лесное хозяйство. 2008. № 5. С. 25-26.
3. Коровин Н. В., Степанчик В. В., Холодилова Л. В. Негативное влияние техногенного атмосферного загрязнения на сосновые насаждения и пути его снижения (на примере Гомельского промышленного района). Брянск, 2003. 143 с.
4. Ларионов М. В. Экологический мониторинг городской среды : монография. Саратов : Саратовский источник, 2015. 104 с.
5. Ларионов М. В., Ларионов Н. В. Оценка экологического состояния и устойчивости древесных насаждений урбанизированных территорий // Научное обозрение. 2012. № 4. С. 98-106.
6. Николаевский В. С Современное состояние проблемы газоустойчивости растений // Научные труды Пермского гос. университета. Пермь, 1969. № 222, вып. 1. С. 5-33.
7. Николаевский В. С. Эколого-физиологические основы газоустойчивости растений : учебное пособие. М., 1989. 65 с.
8. Свалов Н. Н. Вариационная статистика. М. : Лесн. промышленность, 1997. 120 с.
9. Озеленение населенных мест : справочник / В. И. Ерохина [и др.]; под ред. В. И. Ерохиной. М. : Стройиздат, 1987. 480 с.
10. Тарханов С. Н. Хвойные насаждения в условиях атмосферного загрязнения // Лесное хозяйство. 2004. №№ 3. С. 18-20.
11. Rodionov S. S. Environmental management in the present state of the information // The Strategies of Modern Science Development: Proceedings of the III Intern. conf. Yelm, WA, USA:+ Science Book Publishing House, 2013. P. 183-186.
12. Ziegler I. The effect of SO2 pollution on plants metabolism // Residue Revs. 1975. Vol. 56. P. 79-105.
ASSESSMENT OF ECOLOGICAL CONDITION OF CONIFEROUS PLANTS IN THE URBANIZED TERRITORY
A. V. Skok, Cand. Bio. Sci., Associate Professor, Bryansk State Engineering and Technological University 3, Stanke-Dimitrova Prospekt, Bryansk, 241037, Russia E-mail: s.anna.v@mail.ru
Coniferous plant species are sensitive even to insignificant air pollution. They are considered indicators of the ecological situation. Viability of pollen can serve as an indicator of pollution level of the territory where coniferous plantations grow. The objects of research were public gardens, parks and plantings of Bezhitsky district of Bryansk. Inventory procedures of plantings was carried out in the territories, the sanitary and aesthetic state of trees and shrubs was assessed. The viability of Blue Spruce pollen (Picea pungens Engelm) has been estimated depending on the contamination of tree growth areas. Six species of coniferous plants grow on the territory of public gardens, parks and green areas of Bezhitsky district: European Spruce (Picea excels Link.) Blue Spruce (Picea pungens Engelmj, Scots Pine (Pinus silvestris L.), Eastern Arborvitae (Thuja occidental L.), Savin Juniper (Juniperus Sabina L.), European Larch (Larix decidua Mill.). The most widespread species is Thuja occidental L. - 47.19% of the total number of trees, then European Spruce (Picea excelsa Link.) -24.43%, Blue Spruce (Picea pungens Engelm) - 14.52%, Pinus silvestris L. - 10.89%, Larix decidua Mill. - 1.98%, Juniperus sabina L. - 0.99%. The Juniperus sabina L. has a high aesthetic evaluation and it is highly resistant to urban environment. At the same time, Thuja occidentalis L possess low stability and aesthetic evaluation. The level of gas air pollution in Bryansk ranges from low to high. With the increase in technogenic pollution, there is a regular decrease in the amount of germinating pollen grains and an increase in the number of abnormality in the development of pollen tubes for Blue Spruce (Piceapungens Engelm).
Key words: coniferous species, industrial pollution, Picea pungens Engelm, pollen, abnormalities of pollen tubes.
References
1. Avdeeva E. V. Zelenye nasazhdeniya v monitoringe okruzhayushchei sredy krupnogo promyshlennogo goroda (Green areas in the environmental monitoring of large industrial city), avtoref. dis. ... d-ra s.-kh., Krasnoyarsk, 2008, 32 p.
2. Korobova H. L. Bioindikatsiya zagryazneniya atmosfery urbosistem s pomoshch'yu vysshikh rastenii (Bioindication of atmospheric pollution by higher plants in urban systems), Lesnoe khozyaistvo, 2008, No. 5, pp. 25-26.
3. Korovin N. V., Stepanchik V. V., Kholodilova L. V. Negativnoe vliyanie tekhnogennogo atmosfernogo zagryazneniya na sosnovye nasazhdeniya i puti ego snizheniya (na primere Gomel'skogo promyshlennogo raiona) (The negative impact of anthropogenic atmospheric pollution on pine plantations and the ways of its reduction (on the example of Gomel industrial region)), Bryansk, 2003, 143 p.
4. Larionov M. V. Ekologicheskii monitoring gorodskoi sredy : monografiya (Ecological monitoring of urban environment: monograph), Saratov, Saratovskii istochnik, 2015, 104 p.
5. Larionov M. V., Larionov N. V. Otsenka ekologicheskogo sostoyaniya i ustoichivosti drevesnykh nasazhdenii urban-izirovannykh territorii (Assessment of ecological status and sustainability of trees in urbanized areas), Nauchnoe obozrenie, 2012, No. 4, pp. 98-106.
6. Nikolaevskii B. C. Sovremennoe sostoyanie problemy gazoustoichivosti rastenii (Current status of plant gasresistance issue), Nauchnye trudy Permskogo gos.universiteta, Perm', 1969, No. 222, vyp. 1, pp. 5-33.
7. Nikolaevskii B. C. Ekologo-fiziologicheskie osnovy gazoustoichivosti rastenii : uchebnoe posobie (Ecological and physiological basis of plant gas-resistance: textbook), Moscow, 1989, 65 p.
8. Svalov N. N. Variatsionnaya statistika (Variational statistics), Moscow, Lesn. promyshlennost', 1997, 120 p.
9. Erokhina V. I., Zherebtsova G. P., Vol'ftrub T. I. et al. Ozelenenie naselennykh mest : spravochnik (Greenery measurements of populated places: reference book), pod red. V. I. Erokhinoi, Moscow, Stroiizdat, 1987, 480 p.
10. Tarkhanov S. N. Khvoinye nasazhdeniya v usloviyakh atmosfernogo zagryazneniya (Coniferous plantations in conditions of atmospheric pollution), Lesnoe khozyaistvo, 2004, No. 3, pp. 18-20.
11. Rodionov S. S. Environmental management in the present state of the information, The Strategies of Modern Science Development: Proceedings of the III Intern. conf. Yelm, WA, USA, Science Book Publishing House, 2013, pp. 183-186.
12. Ziegler I. The effect of SO2 pollution on plants metabolism, Residue Revs, 1975, Vol. 56, pp. 79-105.
