CC BY
61
УДК 502.6:582.632.1
DOI: 10.24411/1728-323X-2019-16012
ВЛИЯНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ ГОРОДСКОЙ СРЕДЫ НА КАЧЕСТВО СЕМЯН И МОРФОЛОГИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ЛИСТОВОЙ ПЛАСТИНКИ БЕРЕЗЫ ПОВИСЛОЙ BETULA PENDULA ROTH.
В. Ю. Солдатова, к. б. н., доцент,
Институт естественных наук,
Северо-Восточный федеральный университет
им. М. К. Аммосова,
А. П. Самсонова, студент,
Институт естественных наук,
Северо-Восточный федеральный университет
им. М. К. Аммосова,
Проведена оценка качества семян и морфологических показателей листовой пластинки березы повислой Betula pendula Roth. на территории г. Якутска. С 11 точек, расположенных в четырех экологических зонах города, собрано и проанализировано 1088 листьев и 93 соцветий. Понижение качества семян выражается в понижении ее массы, энергии прорастания и всхожести на территории города по сравнению с рекреационной зоной. Показатель флуктуирующей асимметрии (ФА) варьировал в пределах 0,042—0,053, что соответствует качеству среды от условно нормального до существенных отклонений. Наиболее благополучно состояние берез в рекреационной зоне города. Неблагополучные показатели ФА характерны для берез, произрастающих в центральной и северной части города, где наблюдается интенсивный поток автотранспорта и расположены крупные промышленные объекты. В целом, можно отметить статистически значимую отрицательную корреляционную зависимость между величиной ФА (отражающей нарушения стабильности развития) и показателями качества семян. Минимальное среднее количество семян (199,5) наблюдается в рекреационной зоне, а максимальное число (317,6) в промышленной. Низкие показатели качества семян, возможно, компенсируются увеличением количества семян, что свидетельствует о согласованности реакций организма на загрязнение среды.
The paper presents the evaluation of the quality and morphological indicators of seeds and leaves of Betula pendula Roth in the territory of Yakutsk. For the research, 1088 leaves and 93 catkins were collected from 11 plots, located in four ecological zones of the city. The decrease in the quality of seeds results in the decrease in its mass, germination energy and seed germination in the territory of the city in comparison with the recreational zone. The indicator of fluctuating asymmetry (FA) varied in the range of 0.042—0.053, which corresponds to the quality of the medium from conventionally normal to significant deviations. The most safely is the condition of birches in the recreational zone of the city. Poor FA indicators are characteristic of the birch trees growing in the central and northern part of the city, where there is an intensive traffic flow and large industrial facilities are located. In general, we can note a statistically significant negative correlation between the value of FA (reflecting a violation of developmental stability) and seed quality indicators. The minimum average number of seeds (199.5) is observed in the recreational zone, and the maximum number (317.6) in the industrial one. Poor seed quality indicators may be compensated by an increase in the quantity of seeds, this fact indicates the consistency of the organisms reactions to an environmental pollution.
Ключевые слова: флуктуирующая асимметрия, стабильность развития, качество среды, урбанизированная территория, биотестирование, энергия прорастания, всхожесть семян.
Keywords: fluctuating asymmetry, developmental stability, environmental quality, urban areas, bioassay, germination energy, seed germination.
Введение. Древесные растения в городских ландшафтах выполняют важнейшие средообразующие и средозащитные функции, связанные с выделением кислорода и фитонцидов, ионизацией воздуха, формированием своеобразного микроклимата, улавливанием загрязнений. Однако насаждения, произрастающие на урбанизированных территориях, испытывают на себе постоянное отрицательное влияние техногенного загрязнения. Вредные выбросы автотранспорта и промышленных предприятий, превышающие ПДК, губят растительность на локальных территориях и в масштабе целых районов. Продолжительность жизни деревьев сокращается в 4—10 раз, особенно при неправильном подборе посадочного материала [1]. Поэтому с каждым годом все большее значение приобретает проблема изучения жизнедеятельности древесных растений в городских условиях.
В городах и промышленных центрах у растений наблюдаются нарушения в процессе роста и развития в виде различных морфологических, анатомических и репродуктивных изменений структур [2—6]. Достаточно большое число работ посвящено изучению флуктуирующей асимметрии (ФА) у растений при оценке антропогенного воздействия в городской, рекреационной среде и в окрестностях промышленных объектов [7—9].
Целью наших исследований является изучение влияния экологических условий городской среды на качество семян и морфологические показатели листовой пластинки березы повислой (Betula pendula Roth.).
Материал и методы исследований. Материал собирался в летний период 2017 г. Обследовано 11 точек в разных районах города, в непосредственной близости от проезжей части улиц. Для изучения качества семян в каждой точке выбирались 3 дерева и с каждого дерева собирали по три сережки. Количество семян определяли методом подсчета. Лабораторную всхожесть семян оценивали в соответствии с ГОСТ 13056.6—97 [10].
В качестве морфологических показателей использовали: длину, ширину, площадь и ФА листовой пластинки березы повислой. В каждой точке собрано по 100 листьев (по 10 листьев с 10 деревьев), но в ряде случаев при нехватке деревьев в пункте исследования соб-
рано меньшее число листьев. Листья собирали после полной остановки роста листьев, с укороченных побегов равномерно по всему периметру в нижней части кроны у деревьев среднего генеративного возраста (g2), растущих в условиях примерно одинаковой освещенности. Длину, ширину листа измеряли с помощью линейки. Для определения площади листа использовали метод промеров. Для оценки величины ФА выбирают признаки, характеризующие общие особенности листа, удобные для учета и дающие возможность однозначной оценки [11]. Всего промерено 1088 листьев. Листья промерялись в программе Bio, после сканирования, линейные измерения производили с точностью до 0,1 мм, и угловые — до 0,1°. При оценке качества среды использовали балльную шкалу, предложенную В. М. Захаровым с соавторами [11]. По данной шкале качество среды оценивается по 5 баллам от условно нормального до критического.
Статистическая обработка результатов проводилась в программах Microsoft Excel и Statistica-9, значимость различий оценивалась с применением критерия Стьюдента с поправкой Бонферони для множественных сравнений, корреляционные связи — с применением рангового коэффициента корреляции Спирмена.
Обсуждение результатов. Город был условно разделен на 4 зоны. Первая зона — это рекреационная зона, расположена в юго-западной части города, вдали от центра города, имеется зеленая зона, застроена малоэтажными жилыми домами и частным сектором. Характеризуется низким потоком автотранспорта — 135 авт./час.
Вторая зона — это окраина города, где преобладает частный сектор застройки, отсутствуют крупные промышленные предприятия. В этой зоне изучено 3 точки в юго-восточной, юго-западной и западной части города. Количество автомашин в среднем составило 586 ед. в час.
Третья зона — это центр города, где наблюдается интенсивный поток автотранспорта, количество проезжающих автомашин в среднем составило 1632 ед. в час. В данной зоне наблюдения проводили в четырех точках.
Четвертая зона (промышленная) — это северная часть города, где локализованы наиболее крупные предприятия. Участки интенсивного движения — 1555,6 ед. в час.
Количество семян варьировало от 132 до 450 штук в одной сережке. Минимальное количество семян наблюдали в рекреационной, а максимальное количество в промышленной зоне. Энергия прорастания семян варьировала от 14 до 52 %, всхожесть от 19,3 до 66,7 %. Наименьшие показатели ЭП и всхожести (<20 %) наблюдают-
ся в промышленной зоне, а наиболее высокие показатели (>55 %) наблюдаются в рекреационной и на окраинах города. Оба показателя статистически значимо коррелируют между собой (ранговый коэффициент корреляции Спирмена r = 0,9, р < 0,01).
Во всех трех зонах города среднее количество семян оказалось выше, чем в рекреационной зоне. А средняя масса семян, энергии прорастания и всхожести во всех зонах наоборот оказалась меньше, чем в рекреационной зоне (табл. 1). Видимо, как компенсация к негативным факторам среды у березы увеличивается количество семян в сережке.
Длина листовой пластинки во всех исследованных точках варьировала от 4,73 до 5,87 см. Ширина от 4,03 до 5,02 см. Площадь от 12,42 до 18,57 см2. Интегральный показатель нарушения стабильности развития березы повислой на исследованной территории варьировал в пределах 0,042—0,053. В рекреационной зоне показатель ФА составил 0,042, а на территории города 0,045— 0,053, т. е. состояние среды варьирует от «незначительных отклонений от нормы — II балл» до «существенных отклонений — IV балл» (табл. 2).
Существенные отклонения от нормы (IV балл) наблюдаются в трех точках: ул. С. Данилова — 0,053, Октябрьская и Хабарова — 0,051. Это третья и четвертая зона. Также достаточно высокие показатели ФА (0,048—0,049, III балл) наблюдаются в центре города и в точках, где наблюдается высокая транспортная нагрузка с частыми заторами. Минимальные показатели ФА (0,045) наблюдались в спальных районах города (табл. 2).
Во всех зонах г. Якутска наблюдается разная степень повышения уровня ФА березы повислой по сравнению с рекреационной зоной города (табл. 2). А также выявлена статистически значимая корреляция между ФА, энергией прораста-
Таблица 1
Средние показатели качества семян березы повислой в различных зонах г. Якутска
Кол-во се- Масса Энергия Всхо-
Зона мян в се- 1000 семян, прорастания семян, % жесть семян, %
режке, шт. г
I - 199,5 ± 16,5 0,187 ± 0,027 41,3 57,3
рекреаци-
онная
II - 275,3 ± 19,9 0,181 ± 0,018 38,4 55,1
окраина
города
III - 287,7 ± 14,6 0,166 ± 0,041 37,3 53,2
центр
города
IV - 317,6 ± 30,1 0,155 ± 0,017 31,5 39,1
промыш-
ленная
Рис. Корреляционная зависимость между показателем ФА, энергией прорастания и всхожестью семян березы повислой
Таблица 2
Морфологические показатели листовой пластинки березы повислой на территории г. Якутска в 2017 г.
70 65 60 55
50 £ 45
Я 40
С 35
и 30 25 20 15 10
ФА
- -ЭП
ВСХ
№ Точка п ФА Длина листа, см Ширина листа, см Площадь листа, см2
I — рекреационная зона
1. ул. Мерзлотная 100 0,042 ± 0,0019 5,39 ± 0,063 4,58 ± 0,053 15,96 ± 0,338
II зона — окраина города
2. Гимеин 100 0,045 ± 0,0018 5,08 ± 0,062 4,17 ± 0,049 13,72 ± 0,304
3. ул. Чернышевского 100 0,049* ± 0,0022 5,26 ± 0,054 4,22 ± 0,058 14,26 ± 0,236
4. ул. Ильменская 100 0,045 ± 0,0021 4,96 ± 0,086 4,03 ± 0,064 13,08 ± 0,430
III зона — центр города
5. ул. Орджоникидзе 100 0,048* ± 0,0023 5,45 ± 0,083 4,54 ± 0,069 16,08 ± 0,445
6. ул. Октябрьская 100 0,051* ± 0,0023 5,25 ± 0,068 4,36 ± 0,056 14,85 ± 0,348
7. ул. Хабарова 98 0,051* ± 0,0024 5,67 ± 0,099 5,02 ± 0,073 18,57 ± 0,560
8. пр. Ленина 100 0,048* ± 0,0024 5,87 ± 0,076 4,66 ± 0,051 17,59 ± 0,353
IV— промышленная зона
9. Автострада 50 ЛО 90 0,048* ± 0,0025 5,09 ± 0,096 4,06 ± 0,091 13,87 ± 0,664
10. ул. Кальвица 100 0,046 ± 0,0019 5,4 ± 0,099 4,57 ± 0,060 16,04 ± 0,461
11. ул. С. Данилова 100 0,053* ± 0,0024 4,73 ± 0,066 4,06 ± 0,060 12,42 ± 0,316
Примечание: п — количество листьев, * — различие достоверно (при р < 0,05)
ния и всхожестью семян (рисунок). Для обоих показателей выявлена отрицательная корреляционная связь умеренной и высокой силы с показателем ФА (коэффициент Спирмена гэп = —0,63, ГВСХ = —0,74, р < 0,05). Такая согласованность реакций организма на загрязнение среды отмечалась нами и в других работах [12]. В таких показателях, как длина, ширина и площадь листовой пластинки не выявили существенных различий.
Заключение. Таким образом, нами отмечено существенное изменение состояния древесных растений на территории г. Якутска по сравнению с рекреационной зоной. В условиях техногенного загрязнения отмечается низкое качество семян и повышенный уровень ФА листа. Низкое качество семян березы выражено в понижении массы,
энергии прорастания и всхожести. Низкие показатели качества семян, возможно, компенсируются увеличением их количества. Из морфологических показателей листовой пластинки наиболее информативным индикационным показателем влияния экологических условий является показатель флуктуирующей асимметрии листьев. Наиболее резкими нарушениями стабильности развития характеризуются березы, произрастающие в центральной части города, где отмечена наиболее высокая транспортная нагрузка и северная часть города, где располагаются все крупные объекты. Несколько лучше состояние среды в западной и юго-западной части города, вдали от центра и крупных объектов. В рекреационной зоне города его можно оценить как благополучное.
Библиографический список
1. Маслов Н. В. Градостроительная экология. — М.: Высш. Шк., 2003. — 284 с.
2. Бухарина И. Л., Шарифуллина А. М., Кузьмин П. А. Анализ динамики содержания низкомолекулярных и высокомолекулярных соединений в листьях древесных растений в урбаносреде // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2013. Т. 15, № 3 (4). С. 1236—1240.
3. Жуйкова Т. В., Мелинг Э. В., Кайгородова С. Ю., Безель В. С., Гордеева В. А. Особенности почв и травянистых растительных сообществ в условиях техногенеза на Среднем Урале // Экология. — 2015. — № 3. С. 163—172.
4. Кулагин Ю. З. Древесные растения и промышленная среда. — М.: Наука, 1974. — 124 с.
5. Николаевский В. С. Биологические основы газоустойчивости растений. — Новосибирск: Наука, 1979. — 278 с.
6. Прокопьев И. А., Филиппова Г. В., Шеин А. А., Габышев Д. В. Влияние городского техногенного загрязнения на морфологические, биохимические характеристики и семенную продуктивность ромашки аптечной // Экология. — 2014. — № 1. С. 22—29.
7. Блащинская О. Н., Забуга Г. А. Исследования флуктуирующей асимметрии листьев березы повислой урботеррито-рии г. Ангарска // Научный альманах. — 2016. — № 7. C. 43—46.
8. Луцкан Е. Н., Шадрина Е. Г. Биоиндикационная оценка состояния окружающей среды города Алдана на основе анализа флуктуирующей асимметрии березы плосколистной // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2013. № 8—2. С. 139—142.
9. Wuytack T., Wuyts K., Dongen S., Baeten L., Kardel F., Verheyen K., Samson R. The effect of air pollution and other environmental stressors on leaf fluctuating asymmetry and specific leaf area of Salix alba L // Environmental Pollution. — 2011. — Vol. 159. Issue 10. — P. 2405—2411.
10. ГОСТ 13056.6—97. Семена деревьев и кустарников. Метод определения всхожести. М.: ИПК Издательство стандартов, 1998. 27 с.
11. Захаров В. М., Баранов А. С., Борисов В. И., Валецкий А. В., Кряжева Н. Г., Чистякова Е. К., Чубинишвили А. Т. Здоровье среды: методика оценки. М.: Центр экологической политики России, 2000. — 66 с.
12. Солдатова В. Ю., Шадрина Е. Г., Новгородова Д. Н. Биоиндикационная оценка качества среды административных округов г. Якутска по показателям флуктуирующей асимметрии и качества семян березы повислой Betula pendula Roth // Изв. Сарат. ун-та. Нов. сер. Сер. Химия. Биология. Экология. 2018. Т. 18, вып. 2. С. 216—224.
THE INFLUENCE OF ENVIRONMENTAL CONDITIONS OF THE URBAN ENVIRONMENT ON THE QUALITY OF SEEDS AND MORPHOLOGICAL INDICATORS OF THE BIRCH LEAF BLADE OF BETULA PENDULA ROTH.
V. Yu. Soldatova, Ph. D. (Biology), North-Eastern Federal University, 58 Belinsky str, [email protected], Yakutsk, the Republic of Sakha (Yakutia), Russia, 677027,
A. P. Samsonova, North-Eastern Federal University, 58 Belinsky str., [email protected], Yakutsk, the Republic of Sakha (Yakutia), Russia, 677027.
References
1. Maslov N. V. Gradostroitelnaya ekologiya. [Urban ecology]. Moscow, Vyssh. Shk. 2003. 284 p. [in Russian].
2. Bukharina I. L., Sharifullina A. M., Kuzmin P. A. Analiz dinamiki soderzhaniya nizkomolekulyarnyh i vysokomolekulyarnyh soedinenij v lsityah drevesnyh rastenij v urbanosrede. [The analysis of the dynamics of low molecular weight and high molecular weight compounds in the leaves of woody plants in urbanized environment]. Izvestiya Samarskogo nauchnogo centra Rossijskoj akademii nauk [News of the Samara Scientific Center of the Russian Academy of Sciences]. 2013. Vol. 15, No. 3 (4). P. 1236-1240. [in Russian].
3. Zhuikova T. V., Meling E. V., Kajgorodova S. Yu., Bezel V. S., Gordeeva V. A. Osobennosti pochv i travyanistyh rastitelnyh soobshestv v usloviyah tehnogeneza na Srednem Urale. [Characteristics of soils and herbaceous plant communities in the conditions of technogenesis in the Middle Urals]. Ecology. 2015. No. 3. P. 163—172. [in Russian].
4. Kulagin Yu. Z. Drevesnye rasteniya i promyshlennaya sreda. [Woody plants and industrial environment]. Moscow, Nauka. 1974. 124 p. [in Russian].
5. Nikolaevskii V. S. Biologicheskie osnovy gazoustojchivosti rastenij. [The biological basis of gas resistance of plants]. Novosibirsk, Nauka. 1979. 278 p. [in Russian].
6. Prokopev I. A., Filippova G. V., Shein A. A., Gabyshev D. V. Vliyanie gorodskogo tehnogennogo zagryazneniya na morfo-logicheskie, biohimicheskie harakteristiki i semennuyu produktivnost romashki aptechnoj. [The impact of urban anthropogenic pollution on morphological, biochemical characteristics and seed productivity of chamomile]. Ecology. 2014. No. 1. P. 22—29. [in Russian].
7. Blashinskaya O. N., Zabuga G. A. Issledovaniya fluktuiruyushej asimmetrii listev berezy povisloj urboterritorii g. Angarska. [Studies of fluctuating asymmetry of birch leaves within the urban territory of Angarsk]. Nauchnyi almanakh. 2016. No. 7. P. 43—46. [in Russian].
8. Luckan E. N., Shadrina E. G. Bioindikacionnaya ocenka sostoyaniya okruzhayushej sredy goroda Aldana na osnove analiza fluktuiruyushej asimmetrii berezy ploskolistnoj. [Bioindicative evaluation of the environmental state of the city of Aldan based on the analysis of fluctuating asymmetry of birch planifolia]. Mezhdunarodnyj zhurnalprikladnyh i fundamentalnyh issledovanij [International journal of applied and fundamental research]. 2013. No. 8—2. P. 139—142. [in Russian].
9. Wuytack T., Wuyts K., Dongen S., Baeten L., Kardel F., Verheyen K., Samson R. The effect of air pollution and other environmental stressors on leaf fluctuating asymmetry and specific leaf area of Salix alba L. Environmental Pollution. 2011. Vol. 159. Issue 10. P. 2405—2411.
10. GOST 13056.6—97. Semena derevev i kustarnikov. Metod opredeleniya vshozhesti. [Seeds of trees and shrubs. Method of determination of germination]. Moscow, IPK Publishing house of standards, 1998. 27 p. [In Russian].
11. Zakharov V. M., Baranov A. S., Borisov V. I., Valeckiy A. V., Kryazheva N. G., Chistyakova E. K., Chubinishvili A. T. Zdor-ove sredy: metodika ocenki. [Health of the environment: methods of assessment]. Moscow, Centr ekologicheskojpolitiki Rossii. 2000. 66 p. [in Russian].
12. Soldatova V. Yu., Shadrina E. G., Novgorodova D. N. Bioindikacionnaya ocenka kachestva sredy administrativnyh okrugov g. Yakutska po pokazatelyam fluktuiruyushej asimmetrii i kachestva semyan beryozy povisloj Betula pendula Roth. [Bioindicative evaluation of the quality of the environment administrative districts of Yakutsk on the indicators of fluctuating asymmetry and quality of seeds of birch Betula pendula Roth]. Izv. Sarat. un-ta. Nov. ser. Ser. Himiya. Biologiya. Ekologiya [Newsletters of Saratov University. New series. Series Chemistry. Biology. Ecology]. 2018. Vol. 18. No. 2. P. 216—224. [in Russian].
