CC BY
44
ЭКОЛОГИЯ
УДК 504.064.3:574
ПРОБЛЕМА «КИСЛОТНЫХ ОСАДКОВ» НА ЮЖНОМ БЕРЕГУ КРЫМА И ИХ ВЛИЯНИЕ НА РАСТИТЕЛЬНЫЙ МИР
О.А. ИЛЬНИЦКИЙ, Ю.В. ПЛУГАТАРЬ, С П. КОРСАКОВА
Никитский ботанический сад, г.Ялта, Республика Крым, РФ
В таком, казалось бы, экологически чистом регионе, как Никитский ботанический сад и заповедник «Мыс Мартьян», существует проблема загрязнения окружающей среды; рН кислых осадков со значением меньше 4,7 - 5,0 составляет в Ялте 10 - 19% от их общего количества и, естественно, наносит вред окружающей среде.
Атмосферные осадки на ЮБК характеризуются повышенным содержанием соединений -производных от оксидов серы и азота. Регулярные измерения и анализ атмосферного воздуха и осадков имеют значение как исходная база данных для мониторинга эволюции состояния окружающей среды. В связи с переводом отопительных систем на природный газ наблюдается некоторое сокращение этих выбросов в атмосферу.
Биоиндикационные методы дают возможность индикации и прогноза повреждения самих растений и экспозиции, измеряемой месяцами и годами, а также наблюдений на обширных природных территориях.
Измеряя pH осадков и температуру воздуха в месте произрастания данного вида древесных растений в момент опыления, вычисляют % прорастания жизнестойких семян по предложенной нами методике. Результаты исследований могут быть использованы при интродукции различных видов, а также в экологии и лесоводстве при изучении антропогенной нагрузки на определенный географический регион.
Ключевые слова: кислотные осадки, мониторинг природной среды, заповедник «Мыс Мартьян», метеостанции «Никитский сад» и «Ялта» репродуктивная сфера древесных растений.
Введение
Кислотные дожди - следствие нарушения круговорота веществ между атмосферой, гидросферой и литосферой.
Региональные и мировые программы мониторинга окружающей природной среды включают наблюдения за химическим составом атмосферных осадков в качестве одного из основных средств контроля техногенного загрязнения атмосферы [2]. Вымывая загрязняющие, прежде всего кислотообразующие, примеси из атмосферного воздуха, осадки сами по себе выступают как фактор экологического риска [4, 8]. Не случайно проблема кислотных осадков и закисления водоемов, почв, иных природных сред и объектов стала одной из самых актуальных мировых экологических проблем [9, 16]. Термин «кислотные осадки» применяют в отношении любых атмосферных осадков с рН меньше 5,6, так как атмосферная углекислота не может снижать рН ниже этого уровня.
Явление закисления осадков приобрело масштаб мировой экологической проблемы, начиная с 50-х годов. Тогда же началось его интенсивное изучение. Первые наблюдения, проведенные в 1978 г., показали, что проблема закисления атмосферных осадков актуальна и для Южного берега Крыма [13].
Основные источники химических примесей в атмосферных осадках (атмосфере) приведены в табл. 1.
Таблица 1
Источники химических примесей в атмосферных осадках (атмосфере)
Источник Химические примеси
Процессы горения Сажа (копоть); S04 -2; NO 3-; NH 4+; H+, K+
Морская вода Na+; CL+; Mg +2; К +; Ca +2; SO4 -2
Почвенная пыль (в результате растворения серной и азотной кислотами) Ca +2; Mg +2; Al +3; Fe +3
Биогенное загрязнение МН4; NO-3; opr. N; PO4-3
Для анализа кислотных осадков в различных местах Южного берега Крыма мы использовали данные результатов измерений в заповеднике «Мыс Марьтьян», которые проводились сотрудниками Никитского ботанического сада с 1978 по 1995 годы, данные метеостанции «Никитский сад», а также метеостанции «Ялта».
Целью данной работы является изучение влияния на окружающую среду Южного берега Крыма кислотных осадков на протяжении довольно длительного периода времени (1980 - 2004 гг.). Результаты этих исследований дадут возможность выявить источники загрязнения окружающей среды и определить первоочередные мероприятия по уменьшению этого влияния. При помощи биоиндикационных методов будет показано влияние кислотных осадков на увеличение количества неполноценных семян древесных растений на примере можжевельника красного и предложена новая методика по определению этого влияния.
Объекты и методы исследования
Исследования проводились при помощи методологии и приборной базы фитомониторинга. Для определения процента прорастания жизнестойких семян нами была разработана методика, впоследствии защищенная патентом.
Результаты и обсуждение
По наблюдениям 1978 - 1979 гг. [14] значения рН проб дождевых и снеговых вод, собранных на Южном берегу Крыма в холодный период года, находились в пределах от 4,85 до 4,05. В последующем были начаты регулярные измерения рН выпадающих осадков. Итоги этих наблюдений приводятся по одной из точек в заповеднике «Мыс Мартьян» в табл. 2. Причем данные по рН рассчитаны в виде средневзвешенных значений, т.е. с учетом количества выпадавших осадков за время отбора проб.
Таблица 2
рН атмосферных осадков на Южном берегу Крыма - заповедник «Мыс Мартьян», 110 м над уровнем моря (по Щербатюку, 2002)
Годы Минимальные значения рН Средневзвешенные значения рН Отклонения среднегодовых значений рН от средне-многолетнего
за холодный период года (1-4, 11-12) за теплый период года (5-10) за год
1 2 3 4 5 6
1980 3,87 4,30 4,83-4,42 4,42 -0,09
1981 3,92 4,47 4,75-4,53 4,53 + 0,02
1982 3,85 4,37 4,77-4,50 4,5 -0,01
1983 3,84 4,10 4,79-4,35 4,35 -0,16
1984 4,18 4,57 4,68-4,61 4,61 + 0,10
1989 3,47 4,23 4,65-4,39 4,39 -0,12
1990 3,98 4,43 4,84-4,60 4,6 + 0,09
1991 3,50 4,49 5,10-4,67 4,67 + 0,16
Продолжение таблицы 2
1 2 3 4 5 6
1992 4,З 4,71 4,90-4,79 4,49 + 0,28
1993 3,74 4,63 5,15-4,81 4,81 + 0,30
1994 3,39 4,29 5,2-4,39 4,39 -0,12
1995 3,90 4,30 5,0-4,42 4,42 -0,09
19811995 3,39 4,38 4,84-4,51 4,51 -
За период с 1980 по 1995 гг. среднегодовые значения рН изменялись в пределах от 4,81 до 4,35, при этом значения по отдельным пробам снижались до 3,50-3,39. Среднемноголетнее значение рН за холодный период года (январь - апрель и ноябрь -декабрь) оказалось ниже почти на 0,5 единицы по сравнению со значением рН (4,84) за теплый период (май - октябрь). Среднее многолетнее значение рН составило 4,51.
Отклонения среднегодовых значений от средних многолетних были в пределах (в единицах рН) от -0,16 до +0,30. Сравнение первых 5 лет наблюдений (1980 - 1984 гг.) и последующих (1991 - 1995 гг.) указывает на повышение рН осадков, т.е. на уменьшение их закисления, что находит свое объяснение в уменьшении объемов потреблявшегося топлива в 1990-х годах [14].
Исходя из приведенных в таблице 3 данных, можно рассматривать средний уровень активной кислотности атмосферных осадков, равный рН 5,1, как региональный для Крыма (по периоду наблюдений 1979 - 1985 гг. для холодного времени года). Этот уровень характерен для степных районов, западного Предгорья и западной части Южнобережья.
Таблица 3
рН атмосферных осадков по районам Крыма (в холодный период года, 1979 - 1985 гг.)
Территории Значения рН
Минимальные, средние
Степные районы 4,72 5, 1
Северное Предгорье 4,50 4,7
Западное Предгорье, западная часть Южного берега Крыма 4,63 5,1
Центрально-восточная часть Южного берега Крыма, Большая Ялта 3,82 4,3
Понижение значений рН в среднем до 4,7 отмечено в северном Предгорье и до уровня рН 4,3 - в центрально-восточной части Южного берега, включая территорию Большой Ялты. В отношении последнего района можно говорить о стабильном закислении атмосферных осадков в холодный период года. На это же указывают данные по заповеднику «Мыс Мартьян», приведенные в таблице 2. Закисление осадков в холодное время года (I - IV, XI - XII) характерно на протяжении всего периода наблюдений с 1980 по 1995 гг. Для теплого времени года (V - X) закисление осадков не прослеживается по средним значениям рН, но это не исключает выпадения отдельных кислотных дождей.
В дальнейшем такие исследования почти не проводились и нам пришлось использовать данные метеостанции «Никитский сад».
Ниже приведен анализ информации за 1996 - 2006 гг.
Оценивался в основном рН осадков за эти годы, так же проведено сравнение их с результатами, приведенными выше. Как видно из рисунков 1 и 2, минимальное значение рН наблюдалось в мае, а максимальное - в августе.
На рисунке 3 показано количество и величина рН осадков в 2001 г.
pH 7
О
cl Дата ю
га ^
ш
Рис. 1 Среднемесячные значения рН осадков за 1996 г.
Ph
Дата
К
6
5
4
3
2
1
0
2
1
0
Рис. 2 Динамика среднемесячного изменения рН осадков за 2000 г.
0 8 -
1
30 40 50 60
70 80
90 100
№ осадков
Рис. 3 Количество и величина рН осадков в 2001 г.
Из рисунка 3 видно, что значительная часть осадков имела рН от 4,5 до 3.4. Нами были проанализированы значения рН осадков за последние 11 лет измерений на метеостанции «Никитский сад» (1996 - 2006 гг.) и значения рН ниже 4,7 в процентном отношении к общему количеству осадков. Они представлены на рис. 4.
%рН
со Дата, год
9
7
2
0
0
20
40-
35
30
25-
20
5-
0
Рис. 4 Количество осадков с рН < 4,7, в % к их общему количеству за 1996 - 2006 гг.
Из анализа рисунка 4 видно, что за эти 11 лет максимальное загрязнение атмосферных осадков - 38,3% от их общего количества наблюдалось в 2001 г. Минимальное - 14,9% в 2005 г., а среднее значение за эти годы измерений - 21,125%, т.е. разница между крайними значениями была больше чем в 2,5 раза.
На рисунке 6 представлены среднегодовые значения рН осадков (3), осадков за холодное время года (1) и теплое (2) за 1996 - 2006 гг. На рисунках 5, 6 и 7 приведены среднемесячные значения рН осадков за 1996 - 2000 гг. и 2001 - 2006 гг.
Естественно, что в холодное время года рН осадков уменьшается за счет работы различных котельных, что четко показано на приведенных рисунках.
pH 7
■ рН осадков за холодное время года ИрН осадков за теплое время года ШрН осадков среднее
Рис. 5 Среднегодовые значения рН осадков (3), осадков за холодное время года (1) и теплое (2) за 1996-2006 гг.
Среднемноголетние значения рН осадков (pH min, pH max, pH ср.) в заповеднике «Мыс Мартьян» (1,2) и метеостанции «Никитский сад» (3) за 1980 - 1995 гг. приведены на рисунках 8 и 9. Из анализа этих результатов видно, что значения рН (pH min, pH max, pH ср.) за все годы измерений выше на метеостанции «Никитский сад».
8
РН 7
6
5
4
сГ
m <
О
ь о
□ 1996 □ 1997
11998 □ 1999 IH2000
ю
g Месяц
Рис. 6 Среднемесячные значения рН осадков за 1996-2000 гг.
Это объясняется тем, что вблизи метеостанции проходит автодорога, и результаты анализов отчетливо указывают на локальное загрязнение воздуха минеральной пылью (повышение рН проб, увеличение содержания бикарбоната кальция).
3
2
0
8 т
рН
2 X
2 X
с?
ш <
Месяц
7
3
2
0
□ 2001 Ш2002 12003 D2004 И2005 D2006
Рис. 7 Среднемесячные значения рН осадков за 2001-2006 гг.
2 3 Место измерений
□ Пункт1 ППункт2 □ Метеостанция
Рис. 8 Среднемноголетние значения рН осадков (pH min, pH max, pH ср.) в заповеднике «Мыс Мартьян» (1,2) и метеостанции «Никитский сад» (3) за 1980-1995 гг.
Рн
7
6
5-
4
3
2
0
Увеличением количества транспорта среднемноголетних значений pH max с 6,83 в 1980 (рис.9) и среднегодовых значений этого параметра.
можно объяснить изменение - 1995 гг. до 7,435 в 1996 - 2007 гг.
■ рН min ИрН max ШрН ср.
Рис. 9 Среднемноголетние значения рН осадков 1-pH min, 2-pH max, 3-pH ср., метеостанция «Никитский c^i» (1980-1995 гг., 1996-2006 гг.)
Подобные исследования были проведены нами в 1999 - 2004 гг. с использованием данных метеостанций «Никитский сад» и «Ялта». рН осадков ранжировали по уровням рН<5 и рН<4,7. Затем было рассчитано их процентное отношение в общей сумме осадков и найдено их соотношение между двумя этими метеостанциями.
В таблице 4 приведены значения рН осадков двух метеостанций «Никитский сад» и «Ялта» и показано соотношение этих осадков.
Таблица 4
Значения рН осадков двух метеостанций — «Никитский сад» и «Ялта» и соотношение этих осадков
Год измерения «Ялта» «Никитский сад» «Ялта» «Никитский сад» Отношение, раз
pH ср. год. pH ср. год. рН<5 в % рН<4,7 в % % Н.С./%Я.
1999 6,29 5,31 11 33,8 3,07
2000 6,14 5,77 20 25,8 1,29
2001 6,31 5,54 8 38,29 4,78
2002 6,18 5,52 8 18,75 2,34
2003 6,02 5,51 15 26,66 1,77
2004 5,96 5,88 20 22,38 1,9
Результаты мониторинга показывают, что в Никитском ботаническом саду и заповеднике «Мыс Мартьян» существует проблема загрязнения окружающей среды. Однако, как видно из табл. 4 и рис. 10, соотношение между рН осадков данных метеостанций составляет 1,29-4,78 раза, т.е. загрязнение атмосферного воздуха в г. Ялте ниже.
Это можно объяснить тем, что рядом с метеостанцией «Никитский сад» находится автомагистраль Симферополь-Ялта, а также мощная районная котельная, которая и является основным источником загрязнения.
Загрязнение окружающей среды, естественно, оказывает негативное влияние на растительный мир. Это влияние изучается различными методами, в том числе и методами биоиндикации [5, 6].
Постоянное совершенствование биоиндикационных методов вывело их в разряд весьма точных и надежных аналитических приемов, обладающих такими важными преимуществами перед инструментальными методами, как возможность длительной экспозиции, измеряемой месяцами и годами, а также наблюдений на обширных природных территориях.
Обнаруженная особенность ассимиляционного аппарата растений (хвои и листьев - у высших, таллома - у низших) накапливать серу в процессе газообмена с воздушной средой была использована как для индикации загрязнения воздуха сернистыми соединениями, так и для индикации и прогноза повреждения самих растений [15, 18]. Родоначальником метода можно считать Й. Матерну [19], проводившего исследования в 1960-х - начале 1970-х годов на насаждениях ели в Рудных горах в Чехословакии и соединившего вместе шкалу загрязнения воздуха сернистым газом, шкалу повреждения древостоя ели и шкалу накопления серы в еловой хвое.
Для оценки степени повреждения растений техногенным загрязнением атмосферы разработана шкала категорий жизненного состояния деревьев [1].
На Южном берегу Крыма в качестве видов-индикаторов были отобраны [14] сосна крымская (лесные и лесопарковые насаждения) и кедр гималайский (парковые насаждения). Разработанная шкала индикации по названным видам хвойных включает 4 уровня загрязнения атмосферного воздуха с учетом конкретных условий региона: фоновый (среднегодовая концентрация SO2 < 10 мкг / м3), низкий (10 - 20 мкг / м3), повышенный (30 - 40 мкг / м3), высокий (50 - 60 мкг / м3). Очень высокий уровень загрязнения не выделялся. Каждому из уровней загрязнения воздуха отвечают интервалы значений содержания общей серы в 2-летней хвое (рассчитанного на абсолютно сухую массу). Для удобства в практическом использовании шкалы уровни загрязнения воздуха оценены в баллах: фон - 0 баллов, низкий - 1 балл, повышенный - 2 балла и высокий - 3 балла (табл. 5).
Таблица 5
Шкала индикации загрязнения воздуха сернистыми соединениями по содержанию общей серы в 2-летней хвое сосны крымской и кедра гималайского
Уровни загрязнения атмосферного воздуха
Виды-индикаторы Фон - 0 баллов Низкий -1 балл Повышенный -2 балла Высокий -3 балла
Среднегодовая концентрация SO2, мкг / м3
<10 10 - 20 30-40 50-60
Содержание общей серы в хвое, %
Ппи^' раПа^чапа 0,02-0,06 0,07 -0,1 0,11-0,14 0,15-0,19
Cedrus ёввёага 0,03-0,06 0,07-0,14 0,15-0,22 0,23-0,30
Измерения в пределах территории Южного берега Крыма показали, что содержание общей серы в 2-летней хвое сосны крымской колебалось от 0,02 до 0,18 %, а у кедра гималайского - от 0,03 до 0,30 %.
Для Главной гряды Крымских гор выделено 3 пояса: нижний - от побережья до высоты 300 м, средний - от 300 до 900 м и верхний - выше 900 м над уровнем моря.
Наиболее низкое содержание общей серы в хвое сосны крымской найдено пределах верхнего пояса. Средние баллы загрязнения по Бабуган-яйле и району
перевала Гурзуфское седло составили 0 - 0,2. Более высокие значения загрязнения получены для среднего пояса. Здесь, от лесного массива над селом Запрудное до лесных участков над Форосом получены средние баллы загрязнения 0,2 - 0,9. И, наконец, для нижнего пояса средние баллы загрязнения оказались наиболее высокими - 0,5 - 1,5. В пределах селитебных территорий наиболее высокие значения накопления серы в хвое сосны крымской (средний балл загрязнения - 2,0 - 2,2), были отмечены для промышленной зоны Ялты, расположенной выше обводной дороги, и для Поликуровского холма, где расположены корпуса и парк института им. Сеченова. На южной границе леса вблизи от места нахождения водоочистной станции Ялтинского «Водоканала» уровень загрязнения воздуха составил 1,4, а в районе городской больницы в Ливадии - 0,8. Для основной южнобережной автотрассы значения загрязнения воздуха сернистыми соединениями составили 1,4 -1,5 балла.
Таким образом, проведенные исследования показали, что содержание техногенной серы в некоторых районах превышает граничные уровни для хвойных насаждений. Это приводит к повреждению некоторых растений, например, в районе Севастопольского шоссе.
Репродуктивная (особенно генеративная) сфера растений весьма чувствительна к воздействию факторов окружающей среды. Загрязнение окружающей среды приводит к увеличению количества неполноценных семян древесных растений. Это связано с условиями прорастания их пыльцы в процессе опыления, отличающихся для каждого вида древесных растений. Известны способы определения прорастания пыльцы [3, 7, 10] различных видов древесных растений в зависимости от pH осадков, температуры и влажности воздуха.
В работе [17] приведены результаты проращивания 13 видов лесных растений, культивируемых на среде, подкисленной серной кислотой с pH = 5,6 - 2,6.
Прорастание пыльцы 9 видов деревьев полностью подавлялось при pH< 3,0, тогда как при pH = 4,6 почти не отличалось от контроля. При этом оказалось, что пыльца широколистных пород более чувствительна к подкислению, чем пыльца хвойных деревьев.
Известен способ определения количества пыльцевых зерен для можжевельника красного (колючего) Мтрвгш oxycedrus, которые освободились от экзимы в капельной жидкости (т. е. способных к прорастанию) с различными значениями pH среды (Ругузова, 2006). Результаты этих исследований приведены в таблице 6.
Таблица 6
Количество пыльцевых зерен Juníperas oxycedrus (Можжевельника красного), которые освободились от экзины в капельной жидкости с различными значениями рН (Ругузова, 2006)
рН раствора Количество пыльцевых зерен, которые освободились от экзины через 30 мин, % рН раствора Количество пыльцевых зерен, которые освободились от экзины через 30 мин, %
8,0 98,5 5,2 68,1
7,0 98,4 5,0 66,8
6,8 98,2 4,8 51,1
6,6 98,0 4,6 30,2
6,4 97,7 4,4 18,3
6,2 96,9 4,2 5,2
6,0 81,1 4,0 0
5,8 79,6 3,0 0
5,6 78,4 2,0 0
5,4 71,8
Из Таблицы 6 видно, что для данного вида Juniperus oxycedrus оптимум среды при прорастании пыльцы находился в интервале 6,2 - 8,0. При pH = 4,0 ни одно из зерен не произрастает. Определено, что температура воздуха при этом не должна быть ниже +16°С. Неопыленные семенные зачатки формируют пустые семена.
Существенным недостатком этого метода является то, что полученная информация о прорастании пыльцевых зерен конкретного вида древесных растений не сравнивается в режиме реального времени с динамикой параметров внешней среды конкретного географического региона. Мы устранили этот недостаток на примере можжевельника колючего, или красного, J. oxycedrus.
Поставленная задача решается тем, что в месте произрастания данного вида древесных растений в момент опыления измеряют pH осадков и температуру воздуха в режиме текущего времени. Затем эти данные сравнивают с определенными ранее оптимальными параметрами прорастания пыльцы данного вида и вычисляют % прорастания жизнестойких семян.
В Крыму произрастает 5 видов можжевельников:
1. Можжевельник полушаровидный J. hemisphaerica, время цветения - июнь.
2. Можжевельник колючий, или красный, J. oxycedrus L., время цветения -конец апреля - май.
3. Можжевельник вонючий J. foetidissima Willd, время цветения - апрель.
4. Можжевельник казацкий J. sabina L., время цветения - май.
5. Можжевельник высокий J. excelsa L., время цветения - апрель.
Время цветения каждого вида примерно 10 дней (две недели). Репродуктивная сфера всех видов идентичная.
Таблица 7
pH осадков во время цветения различных видов можжевельников (апрель - июнь) в 1996, 1999, 2000, 2007, 2011, 2012, 2013 гг. и расчетный % прорастания пыльцы (данные метеостанции «Никитский сад)
1 2 3 4 5 6
1996г. 1999г.
Апрель pH ос. % расч. Апрель pH ос. %расч.
Дата 6 5,01 97,193 Дата 1 5,6 79,322
8 4,53 31,531 22 5 56,731
10 4,53 31,531 28 5,4 72,924
11 4,08 0,863 Май
22 4,81 47,369 Дата 5 5 56,731
Май 15 4,5
Дата 16 4,48 28,443 17 5,5 76,259
Июнь Дата 25 7,07 98,925
Дата 3 4,47 27,816 27 5,86 86,066
4 5,57 78,431 30 6,69 97,51
17 7,17 90,042 31 5,15 63,351
Июнь
Дата 2 6,02 89,391
5 7,04 98,873
2000г. 2007г.
Апрель pH ос. %расч. Апрель pH ос. %расч.
Дата 3 7,37 99,06 Дата 3 6,9 98,5
Май 15 5,8 64,611
Дата 2 7,65 98,829 16 5,48 75,614
Продолжение таблицы 7
1 2 3 4 5 6
12 6,59 96,814 17 6,28 93,572
13 6,47 95,764 18 6,28 93,572
14 4,15 2,364 Май
Дата 2 6,44 95,463
Июнь 8 6,83 98,24
Осадков не было Июнь
Дата 3 6,77 97,96
4 6,48 95,861
4 6,31 93,964
2011г. 2012г.
Апрель рН ос. % расч. Апрель рН ос. % расч.
Дата 3 6,95 88,01 Дата 2 5,7 82,12
5 7,15 99,025 7 5,74 83,167
10 6,61 96,966 8 5,49 75,938
11 6,36 94,678 9 6,22 92,734
12 6,43 95,358 15 6,05 89,949
14 6,36 94,678
15 6,35 94,459 Май
19 6,35 94,459 Дата 7 6,4 95,035
20 5,85 85,838 24 6,69 97,51
30 6,16 63,351 25 6,65 97,25
Май 29 6,51 96,14
6 5,94 87,804
10 6,68 97,448 2013г.
13 6,2 92,438 Апрель рН ос. %расч.
14 6,83 98,24 Дата 2 7,23 99,073
21 6,06 90,13 9 6,62 97,039
26 5,33 70,424 10 4,92 52,923
14 5,40 72,924
15 4,97 55,326
21 5,76 83,675
Май
Дата 24 7,12 98,994
Расчетные данные Таблицы 7 получены исходя из экспериментальных данных, приведенных в таблице 6. Расчет был проведен при помощи полинома 4-й степени, где были получены следующие коэффициенты полинома: С0 = -506,966; С1 = 142,052; С2 = 7,142; Сз = -3,72; С4 = 0,224
Можно также рассчитать взаимосвязь между процентом полноценных семян и показателем рН осадков при помощи следующего уравнения:
X = - 11,031 X2 + 152,16 X - 426,4, где У - расчетный процент жизнестойких семян, %, X - рН атмосферных осадков Полученная зависимость имеет высокую степень связи: г =
0,9316, Я2 = 0,8679.
Проанализируем данные таблицы 8 для вида J. охycedrus - (время цветения -конец апреля - начало мая) для Южного берега Крыма (заповедник «Мыс Мартьян»,
Никитский ботанический сад): в 1996 г. время цветения этого вида было 22.04 - 06.05, расчетное прорастание пыльцы равнялось 47,369%; в 1999 г. время цветения - 23.04 -07.05, расчетное прорастание пыльцы составляло 56,731%; в 2000 г. время цветения -25.04 - 09.05, расчетное прорастание пыльцы - 98,829%; в 2007 г. время цветения -24.04 - 08.05, расчетное прорастание пыльцы - 98,24%; в 2011 г. время цветения -20.04 - 05.05, расчетное прорастание пыльцы - 85,84%; в 2012 г. время цветения -23.04 - 07.05, расчетное прорастание пыльцы - 95,03%; в 2013 г. время цветения -21.04 - 05.05, расчетное прорастание пыльцы - 83,67%.
Таким образом, анализ показывает, что для этого вида можжевельника процент прорастания пыльцы находился в диапазоне 47,36 - 98,82. Температура воздуха в
о
момент опыления была выше 16 С, т.е. влияние на прорастание пыльцы не оказывала. Количество полноценных семян этого вида можжевельника в 2000, 2007, 2011, 2012, 2013 годах равнялось 83 - 98%, а в 1996, 1999 годах их было почти в 2 раза меньше.
Аналогичные результаты можно получить для других видов растений. По результатам этих исследований нами был получен патент Украины [9].
Выводы
В таком, казалось бы, экологически чистом регионе, как Никитский ботанический сад и заповедник «Мыс Мартьян», существует проблема загрязнения окружающей среды.
рН кислых осадков со значением меньше 4,7 - 5,0 составляют в Ялте 10 - 19% от их общего количества и, естественно, наносят вред окружающей среде.
Атмосферные осадки на ЮБК характеризуются повышенным содержанием соединений - производных от оксидов серы и азота.
Регулярные измерения и анализ атмосферного воздуха и осадков имеют значение как исходная база данных для мониторинга эволюции состояния окружающей среды.
В связи с переводом отопительных систем на природный газ наблюдается некоторое сокращение этих выбросов в атмосферу.
Биоиндикационные методы дают возможность индикации и прогноза повреждения самих растений и экспозиции, измеряемой месяцами и годами, а также наблюдений на обширных природных территориях.
Измеряя рН осадков и температуру воздуха в месте произрастания данного вида древесных растений в момент опыления, вычисляют % прорастания жизнестойких семян по предложенной нами методике.
Результаты исследований могут быть использованы при интродукции различных видов, а также в экологии и лесоводстве при изучении антропогенной нагрузки на определенный географический регион.
Список литературы
1. Алексеев В.А. Диагностика жизненного состояния деревьев и древостоев // Лесоведение. - 1989. - № 4. - С. 51 - 57.
2. Гитарский М.Л., Карабань Р.Т., Сисигина Т.И. Оценка критических уровней концентрации диоксида серы в атмосферном воздухе для северных лесов России. -Проблемы экологического мониторинга и моделирования экосистем. - СПБ: Гндрометеоиздат. - 1996. - Т. XII. - С. 37 - 50
3. Голубинский Н.И. Биология прорастания пыльцы. - Киев: Наукова думка, 1974. - 367с.
4. Израэль Ю.А., Назаров И.М., Прессман А.Л. Кислотные дожди. - Л.: Гидрометеоиздат, 1983. - 206 с.
5. Крючков В.В. Биоиндикация природной среды на Севере // Влияние промышленных предприятий на окружающую среду. - М.: Наука, 1987. - С. 60 - 67.
6. Левон Ф.М. Зелеш насадження в антропогенно-трансформованому середовищг - Кшв: ННЦ «1нститут аграрно'1 економши», 2008. - 362 с.
7. Махнева С.Г. Особенности развития мужского гаметофита сосны обыкновенной в условиях техногенного загрязнения // Соц. эконом. и экологические проблемы лесного комплекса: материалы международной научно-технической конференции. - Екатикенбург, 1999. - С. 64.
8. Смит У.Х. Лес и атмосфера. Взаимодействие между лесными экосистемами и примесями атмосферного воздуха. - М.: Прогресс, 1985. - 430 с.
9. Ушкаренко В.О., Федорчук МЛ., Ыьницький О.А. [та ш.] Пат. 5066 Украша МПК A01B 79/00. Споаб визначення повнощнного насшня деревинних рослин - Заявл. 22.10.2009; опубл. 25.06.2010, Бюл. №12.
10. Фукассан И.Л. Роль веществ вторичного метаболизма в индикации состояния древесных растений в условиях стресса (обзор) // Растительные ресурсы. -2003. - Т. 3. - Вып. 3. - С. 153 - 160.
11. Хуттунен С. Влияние соединений серы на окружающую среду. Атмосферный вклад в загрязнение региона Балтийского моря // Комиссия по научно-техническому сотрудничеству между Финляндией и СССР. - Хельсинки, 1985. - 26 с.
12. Чертов С.Н., Якрмишо В.Т. Международный симпозиум "Загрязнение воздуха и стабильность экосистем хвойных лесов" (ЧССР, 1-5 октября 1984 г.) // Ботан. журнал. - 1986. - Т. 71. - № 2. - С. 276 - 278.
13. Щербатюк Л К. Определение уровня загрязнения атмосферы двуокисью серы по содержанию избыточного сульфата в атмосферных осадках // Труды ИНГ им акад. Федорова. - 1988. - Вып. 71. - С. 64 - 68.
14. Щербатюк Л.К. Опыт экологического мониторинга в Крыму: соединения серы и лесные насаждения. - Ялта, 2002. - 140 с.
15. Ashenden T.W., Williams J.H. Differences in the spectral characteristics of birch canopies exposed to simulated acid rain // New Phytol. - 1988. - V. 109, № 1. - P. 79 - 84.
16. Cowling E.В., Davey С.В. Acid precipitation: basic principles and ecological consequences // Pulp. and Pap. - 1981. - №2. - P. 182 - 185.
17. Cox R.M. Sensitivity of forest reproduction long range transported air pollutants : in vitro sensitivity of pollen to simulated rain // New Phytol. - 1983. - V. 95, №2. - P.269 -276.
18. Dighton J., Skeffington R.A. Effects of artifidal acid precipitation on the mycorrhizas of Scots pine seedlings // New Phytol. - 1987. - V. 107, № 1. - Р. 191 - 202.
19. Materna J. Beziehungen zwischen der SO2 - Konzentralion und der Reaktion der Fichtenbestande // Aquilo, ser. bot. 19. Oulm Finland. - 1983. - P. 147-156.
20. Varhelyi G. Continental and global sulfur budgets // Atmos. Envi-on. - 1985. -V. 19, №7. - P. 1029 - 1036.
Статья поступила в редакцию 19.09.2014 г.
Ilnitsky O.A., Plugatar Yu.V., Korsakova S.P. The problem of "acid rain" on the South Coast of the Crimea and its influence on the vegetation // Bul. Nikit. Botan. Gard. - 2014. - № 111. - P. 7 - 21.
The problem of acid rains in nature-zesearve "Cape Martyan" in Nikitsky Botanical Gardens and in Yalta has been studied during many years. The influence of these rains on the vegetation on the example of juniper in nature-reserve "Cape Martyan" has been given. The given method has been patented and has the scientific interest.
Key words: acid precipitation, environmental monitoring, reserve "Cape Martyan ", Weather "Nikita's Garden" and "Yalta" reproductive sphere of woody plants.
УДК 582.263:581.143
ДИНАМИКА ПЛОТНОСТИ КУЛЬТУРЫ И РАСТВОРЕННОГО ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА ПРИ КУЛЬТИВИРОВАНИИ МИКРОВОДОРОСЛИ DUNALIELLA SALINA В УСЛОВИЯХ СВЕТО-ТЕМНОВОГО РЕЖИМА
А.Л. АВСИЯН
Институт биологии южных морей им. А.О. Ковалевского, г. Севастополь
В данной работе была исследована динамика плотности культуры, численности и содержания растворённого органического вещества в среде при культивировании зелёной микроводоросли D. salina в накопительной культуре в условиях свето-темнового режима. Были определены значения максимальной биомассы и продуктивности при двух различных освещённостях культуры, а также величина темновой потери биомассы и соотношения биомассы и численности клеток (показателя среднего размера клетки) на разных стадиях накопительного культивирования.
Ключевые слова: свето-темновой режим, темновая потеря биомассы, выделение, Dunaliella salina, продуктивность.
Введение
Исследование динамики роста микроводорослей в накопительной культуре имеет большое значение для определения продукционных характеристик в различных условиях.
Нами ранее было показано, что свето-темновой режим оказывает значительное влияние на рост и продуктивность микроводорослей и цианобактерий, а также, что величина темновой потери биомассы существенно изменяется на разных стадиях накопительного культивирования [1, 2]. Потери биомассы могут быть обусловлены различными процессами - темновым дыханием, выделением, отмиранием клеток. Для D. salina показано, что выделение может составлять 5 - 10% от фотосинтеза [8], однако данные о величине темновой потери биомассы полностью отсутствуют, в связи с этим целью данной работы было исследование закономерностей роста и потерь биомассы микроводоросли D. salina при накопительном культивировании в условиях свето-темнового режима.
Объекты и методы исследования
В качестве объекта исследования использовали одноклеточную зелёную галобную водоросль Dunaliella salina Teod. из коллекции культур ИнБЮМ. Культивирование осуществляли в накопительном режиме на питательной среде
