Оценка возможности использования количественных характеристик пигментного комплекса древесных растений в индикации загрязнения городской среды Текст научной статьи по специальности «Сельское хозяйство, лесное хозяйство, рыбное хозяйство»

УДК 631

ОЦЕНКА ВОЗМОЖНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ КОЛИЧЕСТВЕННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ПИГМЕНТНОГО КОМПЛЕКСА ДРЕВЕСНЫХ РАСТЕНИЙ В ИНДИКАЦИИ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ГОРОДСКОЙ СРЕДЫ

© 2007 г. О.А. Неверова, О.Л. Цандекова

The opportunity of use of quantitative characteristics of a pigmentary complex of wood plants in indication of pollution of the urban environment is investigated. It is offered to use for indication of total atmospheric pollution of concentration of a chlorophyll «a» and the sums of chlorophylls «a+b» of wood plants, and as a indicator species - Tilia cordata Mill.

Древесные растения в условиях промышленных городов подвергаются неблагоприятным воздействиям, которые вызывают серьезные физиолого-биохимические изменения, и в первую очередь, в их фотосинтетическом аппарате. Это приводит к замедлению роста и развития, изменению окраски листового аппарата, снижению продуктивности и декоративности, продолжительности вегетации растений. Многие исследователи отмечают, что высокая чувствительность древесных растений к широкому спектру промышленных выбросов связана с угнетением и повреждением ассимиляционных органов и крон [1-5].

Пигментный комплекс растений является одним из основных параметров, от которого зависит количество органического вещества, производимого растениями, поэтому он может служить диагностическим признаком состояния растений, а также индикатором состояния окружающей среды. В разных районах Кемерова техногенная нагрузка на лиственные древесные растения различна. По данным А.А. Быкова, О.А. Неверовой [5, 6], наиболее загрязнена атмосфера Кировского района (КП=9), далее следуют: Рудничный район (КП=7), Заводский (КП=6), Центральный (КП=5), минимально загрязнена атмосфера Ленинского района (КП=3,4), где КП - комплексный показатель интегрального загрязнения атмосферного воздуха, который рассчитывался по 33 загрязняющим веществам - диоксид азота, аммиак, оксид азота, соляная кислота, серная кислота, сажа, сероводород, оксид углерода и др.

Целью наших исследований являлась оценка возможности использования количественных характеристик пигментного комплекса древесных растений для индикации загрязнения атмосферного воздуха. В задачу исследований входило изучение количественного состава пигментов (хлорофилла «а», «Ь», их суммы и суммы каротиноидов) в листьях древесных растений в разных районах города и проведение корреляционного анализа данных показателей с уровнями загрязнения атмосферного воздуха.

Материалы и методы исследований

Объектом исследований служили лиственные древесные растения - липа мелколистная, сирень обыкновенная и рябина сибирская, которые широко используются в озеленении Кемерово. Возраст модельных деревьев составлял 30-50 лет. Исследования проводились в летние периоды 2003-2005 гг. Пробные площади размещались в пяти районах города: Ленинском, Центральном, Заводском, Рудничном, Кировском. Контрольные площади находились в загородной зоне - в 30 км от городской черты (северо-восточное направление, как наименее загрязненное). Содержание хлоро-филлов «а», «Ь», их суммы и суммы каротиноидов определяли спектрофотометрическим методом [7]. Математическая обработка экспериментальных данных проведена с помощью статистического пакета Statistika 5,5 для IBM-совместимых компьютеров.

Результаты и их обсуждение

1

Проведенные исследования показали, 1 1 что в условиях городской среды мини- | мальные колебания в количестве пигмен- § тов отмечены у рябины сибирской: сумма £ хлорофиллов варьировала в пределах |с 1,16-1,42 мг/г, каротиноидов - 0,24-0,34 |с мг/г. Наименьшие отклонения количест- § 0 венных характеристик пигментного комплекса отмечены у рябины в Ленинском районе: содержание хлорофилла «а» - °хл-

0,82 мг/г, хлорофилла «Ь» - 0,60, их суммы - 1,42, суммы каротиноидов - 0,34 мг/г, что ниже контроля на 7-11%. Более существенное снижение исследуемых показателей отмечено у рябины в Рудничном районе: содержание хлорофилла «а» - 0,64 мг/г, хлорофилла «Ь» - 0,52, их суммы - 1,16, суммы каротиноидов - 0,24 мг/г, что ниже контроля на 21-37 % (рис. 1).

Ленинский Центральный Заводский

"а" Ихл. "б" Пхл. "а+б"

Кировский

сумма каротиноидов

Рудничный Район города

Центральный

Кировский

□хл. "б"

асумма каротиноидов

Рудничный Район города

Рис. 1. Пигментный состав листьев рябины сибирской различных районов г. Кемерово. Содержание в контроле, мг/г: хл. «а» - 0,88; хл. «Ь» - 0,67; хл. «а+Ь» - 1,55; сумма каротиноидов - 0,38

Выявлена отрицательная корреляционная связь между уровнем загрязнения атмосферного воздуха разных районов города и содержанием хлорофилла «а» в листьях рябины сибирской (г = -0,59.. .-0,62 при р<0,05).

У сирени обыкновенной в условиях промышленного загрязнения наблюдалось снижение содержания хлорофиллов «я» (на 14-28 %), «6» (на 17-24), их суммы (на 15-26) и суммы ка- 1 1,2 ротиноидов (на 12-35 %) относительно кон- I 1 троля. При сравнении уровня содержания | 08 пигментов в листьях сирени по районам го- | рода отмечалось максимальное снижение их и ' содержания в Заводском районе - на | 04 24-35 %, а минимальное - в Ленинском - на | о,2 12-17 % относительно контроля (рис. 2).

У сирени обыкновенной установлена наиболее сильная отрицательная корреляционная связь между уровнем атмосферного загрязнения разных районов города и содержанием хлорофилла «а» (г = -0,59...-0,62 при р<0,05), суммой хлорофиллов (г = -0,61.. .-0,63 при р< 0,05).

У липы мелколистной в условиях города отмечалось снижение концентрации хлорофиллов «я» - на 16-31 %, «/>» - на 17-28, их суммы - на 16-39 и суммы каротиноидов - на 13-37 % относительно контроля.

Рис. 2. Пигментный состав листьев сирени обыкновенной различных районов Кемерова. Содержание в контроле, мг/г: хл. «а» - 0,86; хл. «Ь» - 0,59; хл. «а+Ь» - 1,44; сумма каротиноидов - 0,34

Наиболее низкие концентрации пигментов (24-39 %) относительно контроля у липы отмечены в Заводском и Кировском районах города. В Рудничном районе липа не произрастает (рис. 3).

У липы мелколистной установлена наиболее сильная отрицательная связь между уровнем атмосферного загрязнения разных районов города и содержанием хлорофилла «а» (г = = - 0,63...-0,67 при р<0,05), суммой хлорофиллов «а+Ь» (г = -0,64...-0,68 прир<0,05).

Таким образом, проведенными исследованиями установлено, что исследуемые древесные растения в разных районах города характеризуются различными количественными характеристиками пигментного комплекса. В условиях города максимальное содержание зеленых и желтых пигментов отмечено в листьях рябины сибирской, минимальное - у липы мелколистной. Следовательно, липа мелколистная является более чувствительным видом к атмосферному загрязнению.

У всех исследуемых древесных видов в городе в большей степени отмечено снижение концентрации хлорофилла «а» и суммы хлорофиллов «а+Ь», в меньшей степени - хлорофилла «Ь» и суммы каротиноидов.

т rh nh

rh

— Г*1 Hh

-5- -5- т -5- -i-

| I 1 1 г

□хл.

□хл. "б"

Центральный

□ хл. "а+б"

Заводский

Кировский Район города

Псумма каротиноидов

Рис. 3. Пигментный состав листьев липы мелколистной различных районов г. Кемерово. Содержание в контроле, мг/г: хл. «а» - 0,83; хл. «Ь» - 0,58; хл. «а+Ь» - 1,41; сумма каротиноидов - 0,30

Ленинский

Максимальное снижение концентрации пигментов у исследуемых растений отмечено в районах с высокой техногенной нагрузкой - в Заводском, Рудничном и Кировском, минимальное - в Ленинском и Центральном. Установлена достоверная отрицательная корреляция между уровнем атмосферного загрязнения разных районов города и содержанием хлорофилла «а», суммой хлорофиллов «а+й». Это позволяет использовать данные характеристики для индикации суммарного атмосферного загрязнения городов. Из исследованных древесных видов целесообразно использовать в качестве индикаторного липу мелколистную, как наиболее чувствительную к атмосферному загрязнению.

Литература

1. Николаевский В.С. Биологические основы газоустойчивости растений. Новосибирск, 1979.

2. Николаевский В.С. Эколого-физиологические основы газоустойчивости растений. М., 1989.

3. Борозенец В.А. // Тезисы докл. VII съезда Всесоюзного ботан. общества. Донецк, 11-14 мая, 1983. JL, 1983. С. 333-334.

4. Николаевская Т.В. Эколого-физиологическая оценка устойчивости растений к 3 газам (SO2, NH3, H2S): Автореф. дис...канд. биол. наук. М., 1992.

5. Неверова O.A. И Лес. журн. 2002. № 3. С. 29-32.

6. Быков A.A., Неверова O.A. II Инженерная экология. 2002. № 6. С. 25-32.

7. Гавриленко В.Ф., Ладыгина М.Е., Хандобина Л.М. Большой практикум по физиологии растений. Фотосинтез. Дыхание: Учебное пособие. М., 1975. С. 127 - 134.

Кемеровский технологический институт пищевой промышленности_2 марта 2007 г.