CC BY
14
УДК581.522.4 Астр. О.В. Смаль1 -Лъвгвсъкий НАУ, м. Дубляни
ОЦ1НЮВАННЯ ЕКОЛОГ1ЧНОГО СТАНУ НАСАДЖЕНЬ ЛЬВОВА ЗА ДОПОМОГОЮ Б1ОФ13ИЧНИХ МЕТОД1В
Дослiджено 1мпеданс, поляризацшну eMHicTb та шдуковану флуоресценцiю дерев-них насаджень зелено! зони Львова. Встановлено зв'язок мiж значеннями вибраних 6i-офiзiологiчних показниюв, станом фотошгментного комплексу дослiдних рослин та умовами ix мiсцезростання. Проаналiзовано результати вимiрювань обраних показникiв у дерев рiзного функцiонального призначення. Визначено адаптадiйнi можливост рос-лин-аборигенiв i iнтродуцентiв, а також встановлено закономiрнiсть змiн дослщжува-них параметрiв залежно вiд складу порщ. Запропоновано використання цих методiв на практищ як високоефективнi та точш.
Ключовг слова: шдукована флуоресценцш, 1мпеданс, поляризацiйна eмнiсть, еко-топ, зелена зона Львова.
Вступ. Для вивчення еколопчного стану зелених насаджень дед^ шир-шого застосування набувають бiофiзичнi методи. Дослiдження стану дерев i во-доростей з допомогою методу iндукованоi флуоресценцц висвiтлено у роботах ПС. Гнатша [2-4], Н.Я. Лопотич [3], В С. eрохiна [5]. 1ндукована флуорес-ценцiя е "щдикатором" пiгментного комплексу та загального функщонального стану рослини.
Iнтенсивнiсть життедiяльностi деревних порiд у рiзних умовах середови-ща характеризують електрофiзiологiчнi показники [7-12, 14, 18, 19]. Зокрема, ш-тегральними показниками стану дерев е шпеданс i поляризацiйна емнiсть при-камбiальних тканин лубу. Встановлено зв'язок дiелектричних показниюв з грун-товими умовами (зокрема вмктом вологи, вмiстом полютантiв), вшовими особ-ливостями, положениям дерев у деревосташ, мiкроклiматичними умовами, сту-пенем ураження дерев ентомофауною i фтопатогенами [1, 6, 7, 9-12, 15, 16, 19]. Проте питання iмпедансу та поляризацiйноi емностi залежно ввд екологiчних умов та адаптацiйних можливостей деревних насаджень вивчено недостатньо.
Мета роботи - встановити особливост життед1яльносп аборигенних та iитродукованих деревних порвд у трансформованих умовах мiського середови-ща та 'х адаптивнi реакцп на фактори довкiлля.
Матерiали i методи дослщження. Пiд час вибору об'екта дослщження головний акцент зроблено на встановленш градацц забруднення у рiзних еколо-гiчних умовах, ввдповвдно до яких здiйснено вiдбiр дослщних дiлянок (табл. 1).
Кожна з обраних дослвдних дiлянок характеризуеться комплексом умов (мжроклшатичних, грунтових, аерологiчних, антропо-техногенних), якi вплива-ють на життево важливi показники деревних видiв i 'х екологiчний стан зага-лом. Для дослщження вiдiбрали породи-аборигени - дуб звичайний (Quercus robur L.), бук лiсовий (Fagus sylvatica L.) та породи-штродуценти - багряник японський (Cercidiphyllum japonicum Sieb. et Zucc.) та платан схщний (Platanus orientalis L.). Такий пiдбiр дае змогу встановити функщональш та адаптацiйнi особливост органiзмiв у рiзних умовах середовища.
1 Наук. кергвник: проф. В.В. Смггинський, д-р бюл. наук
Табл. 1. Об'екти дослгдження зггдно з функцюнальним призначенням
№ з/п Категорш озеленения Назва структурного елемента М1сце розташування Екототчна характеристика
1 Загальне користування Парк Льв1вського нац1онального аграрного ушверситету (ЛНАУ) вул. В. Великого, м. Дубляни, Льв1вська обл. сприятлив1
2 Обмежене користування Ботан1чний сад Нацюнального л1сотехн1чного ун1верситету Украши (НЛТУУ) вул. Г. Чупринки, м. Льв1в в1дносно сприятлив1
3 Спещальне призначення Вуличш насадження вул. Глибока, Г. Тарнавського та Ш. Руставел1 несприятли-в1 та неста-б1льн1
Дослвдження шдуковано! флуоресценцп проведено на 6a3i вiддiлу еко-морфогенезу рослин 1нституту екологп Карпат НАН Украти приладом "Флуоресцентный моторизований мжроскоп Axio Imager M1". Електрофiзiологiчнi показники вишряно у природных умовах портативным переносным приладом Ф 4320 за напрацьованою методикою [9]. Статистичне опрацювання даних здiйснено стандартними методами з допомогою прикладно! програми MS Excel 2007.
Результата дослщження та ix обговорення. Для еколопчного мошто-рингу, який у сучасних умовах надмiрного антропогенного навантаження займае вагоме мкце в охоронi навколишнього середовища, важливим е вико-ристання нових перспективних метод1в. Особливо! уваги заслуговують спек-тральнi та флуоресцентнi методи. 1х використовують для дiагностики стану шг-ментного комплексу рослинних органiзмiв рiзних р1вн1в [13]. До ще! групи ме-тод1в належить метод шдуковано! флуоресценцп. Пiд явищем iндуковано! флуоресценцп розумдать складний процес трансформацп свгглово! енергп у хло-ропластах в електричну форму i форму юнних градкнпв, яка спостерiгаеться за освгглення адаптованих до темноти зелених листкiв. Крива iндукцi! складаеться зi змшно! флуоресценцп, яка накладаеться на фонову [2].
У природних умовах несприятливi фактори можуть пригнiчувати рiзнi фiзiологiчнi процеси оргашзму, зокрема фотосинтетичш [2, 3, 13]. Вплив на фо-тооптичнi властивостi вiдображаеться на кшьккних показниках " фiзiологi!" ор-ганiзму. Рееструючи реакцiю фотосинтетичного апарату рослини на дц зовшш-шх чинниюв, маемо змогу отримати даш i про стан !! мкцезростання. В основi вибраного пiдходу лежить те, що хлорофш, який знаходиться у фотосинтетичному комплексi (ФК), е своервдним давачем стану клтн рослин [13]. У разi по-рушення загального стану ФК вщбуваються змiни оптичних показникш хлоро-фшу. Останнi використовуемо як джерело шформацц для дiагностики стану рослини та умов, в яких вона зростае.
Пiд час дегресивних впливiв первиннi стадп фотосинтезу не залишають-ся стабiльними. Вони активно регулюються самою клггиною, виходячи з !! фiзi-ологiчного стану. Процес стабшзацп полягае в оптишзацц ФК до стану, який забезпечив би нормальний перебiг усiх метаболiзтичних ланок рослинного ор-ганiзму, що адаптуеться до трансформованих умов довюлля.
У 2014 р. проведено дослщження iндукованоí флуоресценцп представ-никiв дуба та багрянила японського рiзних функцiональних насаджень зелено! зони Львова. У процесi дослщжень з'ясовано, що показники фотошдуковано1 флуоресценцп вiдрiзняються залежно вiд умов мюцезростання дерев та ''х видо-вих особливостей. Для дуба звичайного показники виглядають таким чином: найбiльшi значення е у рослин, якi ростуть у найбшьш сприятливих еколопч-них умовах - замiському парку (Дубляни). 1нтенсивтсть флуоресценцп змен-шувалася з переходом до несприятливих умов. Найнижчою вона була на цен-тральних вулицях мiста, де власне умови мшцезростання е найменш сприятли-вими [17]. Для багряника японського значення шдуковано'' флуоресценцп, по-рiвняно з дубом, мае зворотний характер. Найбiльшi значення зафжсовано у дерев, яю ростуть у найбшьш несприятливих мшьких умовах, а найменшi - у за-мiських [17] (рис. 1).
0 20 40 60 80 100 Рис. 1. Динамжа флуоресценци пггментного комплексу деревних рослин, залежно в1думов середовища
Сезонт вегетацшт змши фотооптичних показниюв асимiляцiйних орга-нiв свiдчать про зниження значень iндукованоí флуоресценцп в обох представ-никiв, що пояснюеться загальним послабленням активностi усiх фiзiолого-бi-охiмiчних процесiв рослин, зокрема стану пiгментного комплексу (рис. 2).
Початок всгстацп ДЗ Кшець всгстацп ДЗ Початок всгстацп БЯ Кшець всгстацп БЯ
Рис. 2. Показники ШдукованоИ флуоресценци у р1зш першди вегетаци: ДЗ - дуб звичайний, БЯ - багряник японський
З допомогою методу штродуковано! флуоресценцп вдалося виявити, що мiж фоточутливiстю тгментного комплексу та станом навколишнього середовища юнуе певна залежнiсть. Чим бшьше антропогенне навантаження, а разом з тим несприятливi умови мюця зростання рослин, тип бшьше падшня показни-кiв щдуковано1 флуоресценцií. Поясненням цьому е те, що вплив полютантiв на фотооптичнi властивостi листюв здiйснюеться через деструктивнi змiни хло-ропластiв, що призводить до збшьшення кiлькостi хромопластiв. Погляди сто-совно залежносп параметрiв флуоресценцií вiд еколопчних умов росту росли-
ни рiзнi. Однi автори стверджують, що збшьшення показниюв у сприятливих умовах свдаить про "вiдмiнну" роботу асимiляцiйного апарату. Iншi вважають, що рослини, яю тривалий час ростуть у несприятливих екотопах, адаптуються, внаслiдок чого штенсившсть фiзiологiчних процесiв зберiгаeться [2-5, 11, 17].
Дослщження дiелектричних показникiв прикамбiальних тканин лубу проведено у дуба звичайного, бука лiсового, багряника японського i платана схiдного, якi ростуть у парку ЛНАУ (Дубляни), дендрарда Боташчного парку НЛТУ Украши (Львiв) та у вуличних насадженнях Львова (див. табл. 1). Результата дослщження наведено в табл. 2.
З табл. 2 видно, що залежно вщ еколопчних умов ввдбуваеться значна диференцiацiя дiелектричних показникш дерев рiзних порiд. Встановлено найвищi показники iмпедансу дуба звичайного, який росте у парку ЛНАУ (9,0 кОт). У дерев Боташчного саду НЛТУ Украши вш знизився на 20 %, а в особин вуличних насаджень - на 45 %. Поляризащйна eмнiсть у дуба, який росте в Боташчному саду НЛТУ Украши, зросла на 41,6 %, а у вуличних насадженнях знизилася на 77,3 %.
Табл. 2. Дiелектричнi показники рiзних порiд залежно вiдумов середовища
(травень 2014 р.)
Умови росту Порода Поляризащйна емшсть (С, нФ) 1мпеданс (Я, кОт)
М±т % V, % М±т % V, %
Парк ЛНАУ Дуб 1 5±0,40 100,0 44,2 9,0±м° 100,0 25,3
Бук 1,6±0-40 100,0 35,1 10,0±и° 100,0 15,4
Платан 3 2±0,б0 100,0 25,6 7,0±и° 100,0 22,2
Багряник 1 0±°,°б 100,0 15,3 20,0±1,40 100,0 17,7
Боташч-ний парк НЛТУУ Дуб 2 2±0'09 141,6 8,8 7 2±0,80 80,0 25,8
Бук 2 1±°-30 128,7 39,1 12,3±1,30 124,2 31,6
Платан 1,3±°'°5 40,5 7,1 13,3±0,40 190,0 5,2
Багряник 2 2±0'16 224,0 19,0 6,7±0,40 33,5 14,3
Вуличш насаджен-ня Дуб 0,5±°'°5 22,7 30,0 5 0±и,би 54,4 26,9
Бук 0 4±0,04 24,4 16,2 4 0±0,10 39,4 1,8
Платан 0д±<Ш 7,2 4,6 7,6±",/и 108,6 4,6
Багряник 0,4±°.°6 37,0 31,0 4,3±°,'° 21,5 33,7
У бука лкового, порiвняно з дубом, спостережено дещо iншi закономiр-ностi змiни дiелектричних показникш у рiзних умовах середовища. Зокрема, встановлено зростання iмпедансу у представниюв бука, якi ростуть у Боташчному саду НЛТУ Украши та значне зниження у вуличних насадженнях поршня-но з деревами парку ЛНАУ. Водночас поляризащйна емшсть значно зросла у представниюв бука Боташчного саду НЛТУ Украши та знизилась у вуличних насадженнях.
Показники iмпедансу у платана схвдного виявились низькими (7,07,6 кОт) у парку ЛНАУ й у вуличних насадженнях Львова та зросли на 90 % у дерев Боташчного саду НЛТУ Украши. Поляризащйна емшсть у ще! породи найвищою виявилася у дерев, яю ростуть у парку ЛНАУ. У дерев Боташчного саду НЛТУ Украши вона знизилась на 59,5 %, а у вуличних наса-
джень - на 92,8 %. Iнтенсивнiсть життед1яльносп багряника японського найбiльш виражена в умовах дендропарку Боташчного саду НЛТУ Украши i вуличних насаджень. В цих умовах iмпеданс дерев багряника японського ста-новив 4,3-6,8 кОт. Водночас у дерев парку ЛНАУ вш зрiс до 20,0 кОт. Найвищу поляризацiйну емнiсть дерев багряника спостережено в умовах Боташчного саду НЛТУ Украши, а в умовах вуличних насаджень вона вияви-лась найменшою.
Отже, штенсивнкть життедiяльностi деревних рослин залежить вiд !х функцiонального стану та умов навколишнього середовища. Деревнi породи по-рiзному реагують на дiю негативних факторiв довкшля. Однiею з ознак адаптивно! реакцп на дiю негативних факторш середовища е посилення проце-сiв i функцiй. Дослiдження показали, що деревнi породи в умовах вуличних насаджень ктотно посилюють iнтенсивнiсть життедiяльностi поршняно з iншими бiльш сприятливими екологiчними умовами мiського середовища. Водночас значення поляризацiйноí емностi свiдчать про попршення íх стану.
Дiелектричнi показники характеризують видовi особливостi деревних рослин та !х диференцiацiю за штенсивнктю життедiяльностi. Проте не вста-новлено ктотних вiдмiнностей у реакцií в аборигенних й iнтродукованих деревних порвд на д1ю негативних факторш мiського середовища.
Висновки. Бiофiзичнi методи дають змогу достовiрно вивчати еколопч-нi параметри середовища росту та фiзiологiчний стан деревних рослин.
Дослщжено, що показники iндукованоí флуоресценцií ктотно залежать вiд умов середовища: чим нижчi значення цього показника, тим несприятливiшi умови росту дерев.
Вивчення дiелектричних показникiв у дуба звичайного, бука лiсового, багряника японського та платана схвдного показуе значну диференщацда показ-никiв у рiзних умовах мкького середовища. Не встановлено вщмшностей по-казникiв iмпедансу та поляризацiйноí емностi для аборигенiв й штродуцентш. Встановлено посилення iнтенсивностi життедiяльностi деревних порвд у нес-приятливих умовах. Водночас значення поляризацiйноí емностi свщчать про погiршення 1х стану.
Лггература
1. Андреева В.В. Стан сосни звичайно! в умовах посиленого антропогенного тиску / В.В. Андреева // Науковий вюннк НЛТУ Украши : зб. наук.-техн. праць. - Львш : РВВ НЛТУ Украши. - 2013. - Вип. 23.17. - С. 14-21.
2. Гнатiв П.С. Каштан кнський у Львовi i питання еколопчно! стiйкостi тських насаджень // Науковi записки Держ. природознав. музею. - Львш. - 2007. - Вип. 23. - С. 75-84.
3. Гнатпв П.С. Флуоресценцш тгментного комплексу деревних рослин як реакцш на техно-генш змши у природному довкiллi Карпат / П.С. Гнатпв, Н.Я. Лопотич, Я.Д. Хоркавцш // Жсове i садово-паркове господарство : електронний наук. журнал. - 2014. - № 5.
4. Гнатш П.С. Функциональна адаптащя деревних рослин до умов урбашзованого середовища на Заходi Украши : автореф. дис. на здобуття наук. ступеня канд. бiол. наук: спец. 03.00.16 - "Екологш" / П.С. Гнатш. - Черншщ, 2006. - 43 с.
5. Срохш В.С. Використання люминесцентного спектрального аналiзу для оцшки фiзiоло-го-бiохiмiчного i функцiонального стану мжроводоростей / В.С. Срохш // Науковi записки ТНПУ : зб. наук. праць. - Сер.: Бюлопчна. - Тернопiль : Вид-во ТНПУ. - 2010. - Вип. 3 (44). - С. 85-87.
6. Данькевич С.М. Стан лiсонасiнного комплексу сосни звичайно! на Малому Полiссi та шляхи збереження його генофонду : автореф. дис. на здобуття наук. ступеня канд. с.-г. наук: спец. 06.03.01 - Лiсовi культури та фггомелюрацк / С.М. Дашкевич; НЛТУ Украши. - Львiв, 2009. - 25 с.
7. Зажа В.К. Деяк морфофiзiологiчнi особливостi формування молодих пiвсiбсових по-томств сосни звичайно! на Жв]вському Розточчi / В.К. Зажа // Науковий вюник УкрДЛТУ : зб. наук.-техн. праць. - Сер.: Природничi дослiдження на Розточга. - Львгв : Вид-во УкрДЛТУ. -1995. - Вип. 4. - С. 132-145.
8. 1ваницький Р.С. Вщтворення й формування ладсташв за участю сосни звичайно! в умовах пiвнiчно-захiдного Подшля : автореф. дис. на здобуття наук. ступеня канд. бюл. наук: спец. 06.03.03 - Жсознавство i лiсiвництво / Р.С. 1ваницький; НЛТУ Украши. - Львгв, 2011. - 20 с.
9. Криницький Г.Т. Про методику використання електроф1з1олог1чних показнишв для виз-начення життездатност деревних рослин / Г.Т. Криницький // Жсове господарство, люова, папе-рова i деревообробна промисловiсть : мiжвiдомч. наук.-техн. зб. - Львгв : Вид-во "Свгг". - 1992. -Вип. 23. - С. 3-10.
10. Криницький Г.Т. Морф^зюлопчш основи селекци деревних рослин : автореф. дис. на здобуття наук. ступеня д-ра бюл. наук: спец. 06.03.01 - Лiсовi культури та фтмелюрацк, 03.00.12 - Фiзiологiя рослин / Г.Т. Криницький; Укр. держ. аграр. ун-т. - К., 1993. - 46 с.
11. Лавний В.В. Електрофiзiологiчнi показники шдросту деревних порщ / В.В. Лавний, Г.Т. Криницький // Науковий вюник НЛТУ Украши : зб. наук.-техн. праць. - Жв1в : РВВ НЛТУ Украши. - 2011. - Вип. 21.17. - С. 86-90.
12. Рибак Ю.М. Морфс^зюлопчш особливост iнфiкованих фiтохворобами дерев сосни звичайно! в молодняках Захщного Полiсся : автореф. дис. на здобуття наук. ступеня канд. бюл. наук: спец. 06.03.03 - Жсознавство i лiсiвництво / Ю.М. Рибак; НЛТУ Украши. - Жв1в, 2011. - 20 с.
13. Рубин А.Б. Биофизические методы в экологическом мониторинге / А.Б. Рубин // Соро-совский образовательный журнал : сб. науч. тр. - 2000. - Вып. 6, № 4. - С. 7-13.
14. Рутковский И.В. Электрофизиологический метод определения состояния древесных растений // Вестник с/х науки : сб. науч. тр. - 1965. - № 4. - С. 35-38.
15. Сбитна М.В. Морфофiзiологiчнi показники плюсових дерев сосни звичайно! Кшвсько-го Полюся та !х зв'язок iз господарсько цшними ознаками / М.В. Сбитна // Науковий вюник НУ-БШУкраши : зб. наук. праць. - К. : Вид-во НУБЩ Укра!ни. - 2012. - Вип. 171, ч. 3. - С. 212-218.
16. Смаль О.В. Електропровщшсть прикамбiальних тканин лубу деревних порщ м. Львова як однин з показникв функционально! адаптацл / О.В. Смаль // Рослини та урбашзацк : тези доп. III Мiжнар. форуму студ., аспiрантiв i молод. вчених, 23-24 квiтня 2015 р. - Дншропетровськ : Вид-во Дншропетр. НУ ¡м. Л. Гончара, 2015. - С. 452-454.
17. Смаль О.В. Флуоресцентш властивост листкового апарату деревних рослин залежно вiд умов зростання / О.В. Смаль // Рослини та урбашзацк : тези доп. IV Мiжнар. наук.-практ. конф., 25-26 листопада 2014 р. - Дншропетровськ : Вид-во Дншропетр. ДАЕУ, 2014. - С. 50-52.
18. Mac Dougall R.G. The use of electrical capacitance to determine growth and vigor of spruce and fir trees and stands in New Brunswick / R.G. Mac Dougall, D.A. Maclen, R.G. Thomson // Can. J. Forest Res. - 1988. - № 5. - Pp. 587-594.
19. Mac Dougall R.G. Stem electrical caraccitanceand resistance measurements and relanend to total foliar biomass of balsam fir trees / R.G. Mac Dougall, R.G. Thomson, P. Harald // Can. J. Forest Res. - 1987. - № 9. - Pp. 1070-1074.
Смаль О.В. Оценка экологического состояния насаждений города Львов с помощью биофизических методов
Исследованы импеданс, поляризационная емкость, а также индуцированная флуоресценция древесных насаждений зеленой зоны Львова. Установлена связь между значениями выбранных биофизиологических показателей, состоянием фотопигментного комплекса опытных растений и условиями их роста. Проанализированы результаты измерений выбранных показателей для деревьев различного функционального назначения. Определены адаптационные возможности деревьев аборигенов и интродуцентов, а также установлена закономерность изменений исследуемых параметров в зависимости от состава пород. Предложено использование данных методов на практике как высокоэффективные и точные.
Ключевые слова: индуцированная флуоресценция, импеданс, поляризационная емкость, экотоп, зеленая зона Львова.
Smal O. V. The Estimation of the Environmental State of Planting of the City of Lviv by Means of Biophysical Methods
Impedance, polarization capacity and induced fluorescence of the tree plantations of the green zone of the city of Lviv are investigated. The relationship between the values of selected bio-physiological parameters, the state of photo pigment complex of research plants and their growth conditions are identified. The results of measurements of selected parameters in trees of different functionality are analysed. Adaptive capacity of aboriginal plants and introduced species is defined, and also pattern changes of research parameters depending on the rocks composition are described. The use of these methods in practice as highly effective and accurate ones is suggested.
Keywords: induced fluorescence, impedance, polarization capacity, ecotype, green area of the city of Lviv.
